EP3924694A1 - Sensor apparatus and operating method therefor - Google Patents

Sensor apparatus and operating method therefor

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EP3924694A1
EP3924694A1 EP20703944.7A EP20703944A EP3924694A1 EP 3924694 A1 EP3924694 A1 EP 3924694A1 EP 20703944 A EP20703944 A EP 20703944A EP 3924694 A1 EP3924694 A1 EP 3924694A1
Authority
EP
European Patent Office
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sensor
magnetic
longitudinal axis
magnetic field
along
Prior art date
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Pending
Application number
EP20703944.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ernst Halder
Torsten Wegner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Novotechnik Messwertaufnehmer oHG
Original Assignee
Novotechnik Messwertaufnehmer oHG
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Filing date
Publication date
Application filed by Novotechnik Messwertaufnehmer oHG filed Critical Novotechnik Messwertaufnehmer oHG
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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    • G01D5/145Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
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    • G01R33/0011Arrangements or instruments for measuring magnetic variables comprising means, e.g. flux concentrators, flux guides, for guiding or concentrating the magnetic flux, e.g. to the magnetic sensor

Definitions

  • the disclosure relates to a device, in particular a sensor device.
  • the disclosure also relates to an operating method for such a device.
  • Preferred embodiments relate to a device, in particular a sensor device, having a magnet arrangement extending along a longitudinal axis for generating a magnetic field, which is designed in such a way that the magnetic field changes with at least one first radial (e.g. perpendicular to the longitudinal axis) that changes the magnetic field standing) magnetic field component, and a magnetic sensor device which is movably arranged relative to the magnet arrangement along the longitudinal axis and has a first magnetic sensor and a second magnetic sensor.
  • This enables a particularly precise determination of the at least one first radial magnetic field component that changes along the longitudinal axis.
  • the device has a carrier for receiving the magnet arrangement.
  • the magnet arrangement is designed as a hollow cylinder, wherein the magnet arrangement is preferably arranged radially inside the carrier.
  • An arrangement of the magnet arrangement radially outside of the carrier is also possible in further embodiments.
  • the optional carrier can also have a basic shape other than the hollow-cylindrical basic shape mentioned by way of example, for example cuboid shape or band shape (essentially cuboid shape with significantly greater length than width and height and preferably different width and height) or rod shape or the like.
  • the magnet arrangement can be arranged statically, in particular on a carrier and / or on a target system, the sensor device in particular being movable relative to the magnet arrangement, in particular at least along the longitudinal axis.
  • the sensor device can be statically arranged, in particular fastened or fastened to a target system, wherein in particular the magnet arrangement is movable relative to the sensor device, in particular at least along the longitudinal axis.
  • the magnet arrangement is movable, in particular at least along the longitudinal axis, the sensor device likewise being movable relative to the magnet arrangement, in particular at least along the longitudinal axis.
  • a device in particular a sensor device, having an essentially hollow cylindrical carrier with a longitudinal axis, a magnet arrangement, preferably arranged radially inside the carrier, extending along the longitudinal axis for generating a magnetic field, which is designed so that it Magnetic field with at least one first radial magnetic field component that changes along the longitudinal axis is generated, and one, preferably radially inside the magnet arrangement and, along the longitudinal axis, in particular to and fro, movably arranged magnetic sensor device, which has a first magnetic sensor and a second magnetic sensor having.
  • the first magnetic sensor has a first type of sensor, the second magnetic sensor having a second type of sensor which is different from the first type of sensor. This gives further degrees of freedom for determining the at least one first radial magnetic field component that changes along the longitudinal axis.
  • Magnetic field component generated which is preferably perpendicular to the first radial
  • Magnetic field component As a result, two, in particular mutually perpendicular, radial magnetic field components are advantageously provided which change along the longitudinal axis of the carrier and thus advantageously enable, for example, an efficient determination of a position of the sensor device.
  • the first radial magnetic field component and / or the second radial magnetic field component change at least in regions along the longitudinal axis in a sinusoidal or cosinusoidal manner. This enables a particularly precise determination of the position of the sensor device.
  • first radial magnetic field component and / or the second radial magnetic field component change at least in areas along the longitudinal axis in a non-sinusoidal or non-cosinusoidal manner, for example in each case linearly, optionally also with a different gradient. This also enables a particularly precise determination of the position of the sensor device.
  • combinations of at least one (co) sinusoidal course of the first radial magnetic field component and a non (co) sinusoidal (e.g. linear) course of the second radial magnetic field component are also conceivable.
  • first radial magnetic field component and / or the second radial magnetic field component change at least in some areas along the longitudinal axis, at least approximately linearly.
  • the magnet arrangement is arranged on a radial inner surface of the carrier, the magnet arrangement in particular covering the radial inner surface of the carrier to at least about 40 percent, further in particular to at least about 90 percent, particularly preferably at least about 95 percent .
  • magnetizable or magnetized material which is magnetized along the longitudinal axis, in particular differently, so that the first and / or second radial magnetic field component, which changes along the longitudinal axis, results.
  • the magnet arrangement has at least one magnet element with an essentially band-shaped basic shape.
  • the essentially band-shaped basic shape can have an essentially rectangular cross section with a length and a width, the width being greater than the length, in particular the width being at least twice as large as the length.
  • the at least one magnetic element is arranged at least approximately helically along one or the radial inner surface of the carrier.
  • At least two magnet elements are arranged at least approximately helically along one or the radial inner surface of the carrier. In further preferred embodiments it is provided that the at least one magnetic element is arranged at least approximately parallel to the longitudinal axis of the carrier.
  • At least two magnet elements are arranged at least approximately parallel to the longitudinal axis of the carrier.
  • the carrier has a material and / or a coating with a material that has a relative permeability of about 100 or more, in particular of about 1000 or more, more particularly of about 2000 or more.
  • first magnetic sensor and the second magnetic sensor are both arranged in the region of the longitudinal axis, in particular on the longitudinal axis or on a virtual straight line that is parallel to the longitudinal axis.
  • first magnetic sensor and the second magnetic sensor are arranged one behind the other on the longitudinal axis.
  • the first magnetic sensor is a magnetic revolution counter, which is designed in particular to determine an integral multiple of a relative revolution of the magnetic sensor with respect to the at least one first radial magnetic field component.
  • the second magnetic sensor is a Hall sensor, which is designed in particular to determine the at least one first radial magnetic field component, the second magnetic sensor in particular being designed to detect the first radial magnetic field component and the to determine the second radial magnetic field component.
  • two magnetic sensors of the Hall sensor type can also be provided.
  • an evaluation unit is provided which is designed to evaluate output signals from the first and second magnetic sensors.
  • the evaluation unit is designed to determine a position of the sensor device in relation to a coordinate of the magnetic element and / or one or the carrier that corresponds to the longitudinal axis.
  • the first magnetic sensor designed as a magnetic revolution counter
  • a 180-degree wall is created in the spiral structure when a magnetic field is moved past the sensor element. In further preferred embodiments it is provided that several 180 degree walls can be stored in the spiral structure. In further preferred embodiments it is provided that one end of the spiral structure is connected to an area called a wall generator. In further preferred embodiments it is provided that the wall generator is designed as an approximately circular area. In further preferred embodiments it is provided that the wall generator is connected to a first electrical contact. In further preferred embodiments it is provided that the other end of the spiral structure is connected to a second electrical contact. In further preferred embodiments it is provided that the other end of the spiral structure tapers to a point.
  • the spiral structure has a layer structure with at least one soft magnetic layer, at least one non-magnetic layer and at least one hard magnetic layer in succession.
  • the soft magnetic layer represents a sensor layer in which the magnetization is changed by the passing of a magnetic field
  • the hard magnetic layer represents a reference layer in which the
  • Magnetization is not changed by moving a magnetic field past.
  • an antiparallel magnetization in a region of the spiral structure causes an increased electrical resistance in this region.
  • the magnetization of the reference layer is a
  • the spiral structure has several straight sections running approximately parallel to one another, and that the magnetization of the reference layer has an orientation which is oriented approximately parallel to the straight sections.
  • the spiral structure represents a double spiral, one of the two spirals being provided for electrical contacting.
  • the first magnetic sensor designed as a magnetic revolution counter
  • Embodiments provide that the longitudinal extension alignment of stretched loop sections is carried out parallel to the reference direction in the sensor, the stretched first
  • Loop sections are covered by a first common first contact arranged centrally on the loop sections and the opposing stretched second loop sections are also covered by a centrally arranged second contact, an electrical potential being applied between these contacts and the serial or parallel reading of the electrical resistance ratios of
  • Loop sections to further individual contacts provided at least on one side in a region of curvature of the loops takes place.
  • the longitudinal extension alignment of stretched adjacent loop sections runs at an angle in the order of magnitude of 45 ° to the reference direction in the sensor and preferably in the middle of said stretched neighboring loop sections are provided with an electrical potential to which contacts can be applied in series or enable the reading of the electrical resistance ratios of individual loop sections to further individual contacts provided in the areas of curvature of the loop sections.
  • the entire loop-like arrangement is diamond-shaped in plan view, with the contacts that can be subjected to an electrical potential being provided in opposite diamond corners and the individual contacts provided for separate resistance ratio measurement being arranged in the remaining diamond corners.
  • the diamond-shaped design of the loop-like arrangement takes place in such a way that adjacent diamond legs enclose an angle of 90 °. In further preferred embodiments it is provided that the diamond-shaped design of the loop-like arrangement takes place in such a way that the rhombuses are designed in a distorted manner such that opposite diamond corners enclose an obtuse or acute angle.
  • the with an electrical Contacts that can be acted upon by potential are structured in themselves and each loop section to which they are assigned is electrically separated. In further preferred embodiments, it is provided that all electrical contacts provided are designed so large in terms of area that uncontacted loop sections of all loops remaining between adjacent contacts have the same length. In further preferred embodiments it is provided that, in addition to the loop-like arrangement, separate, non-magnetizable strip sections are provided, which are each arranged parallel to adjacent, closed loop sections.
  • Magnet arrangement for generating a magnetic field, which is designed so that it generates the magnetic field with at least one first radial magnetic field component changing along the longitudinal axis, and a magnetic sensor device which is movably arranged relative to the magnet arrangement along the longitudinal axis and has a first magnetic sensor and a second having a magnetic sensor, the method comprising the following step: moving the sensor device along the longitudinal axis relative to the magnet arrangement.
  • the step of moving comprises: a) fixing (fixing or holding) the magnet arrangement and moving the sensor device relative to the magnet arrangement along the longitudinal axis, b) fixing the sensor device and moving the magnet arrangement relative to the Sensor device along the longitudinal axis, c) moving the
  • Magnet arrangement and moving the sensor device relative to one another along the longitudinal axis are provided.
  • the device has an evaluation unit which evaluates output signals from the first and second magnetic sensors.
  • the evaluation unit determines an, in particular relative, position of the sensor device in relation to a coordinate corresponding to the longitudinal axis, in particular of the magnetic element and / or the carrier, depending on the output signals of the first and second magnetic sensors.
  • the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are arranged on the longitudinal axis or on a virtual straight line that is parallel to the longitudinal axis, the evaluation unit being designed to provide an axial offset of the two magnetic sensors to take into account one another along the longitudinal axis, in particular to take into account when determining the position of the sensor device.
  • a magnetic revolution counter is used as the first magnetic sensor, which is in particular designed to be an integer To determine a multiple of a relative rotation of the magnetic sensor in relation to the at least one first radial magnetic field component.
  • the revolution counter has: a loop-like arrangement provided with N windings, having a GMR layer stack, into which magnetic 180 ° domains can be introduced, stored and read out by measuring the electrical resistance, with stretched executed loop sections are provided at a predeterminable angle to the reference direction impressed in the sensor, which are provided, preferably in the center, with contacts to which an electrical potential can be applied, which are in series or parallel to the reading of electrical
  • Resistance ratios of individual loop sections to further individual contacts provided in the areas of curvature of the loop-like arrangement serve, with the determined resistance ratios in particular providing a direct measure of the presence or absence of a magnetic domain in the corresponding loop section and thus a clear statement about the number of revolutions that have taken place.
  • At least one sensor element with a layer structure that is suitable without an energy supply to cause a change in the magnetization in the sensor element when a magnetic field is moved past the sensor element, as well as to store several such changes, the sensor element having a spiral structure which is provided with the layer structure.
  • a Hall sensor is used as the second magnetic sensor, which is designed in particular to have the at least one first radial
  • the second magnetic sensor is further designed to determine the first radial magnetic field component and the second radial magnetic field component, which is preferably perpendicular to the first radial magnetic field component.
  • Further preferred embodiments relate to a use of the device according to the embodiments and / or the method according to the embodiments and / or the system according to the embodiments in a displacement transducer.
  • FIG. 1 schematically a device according to preferred embodiments in partial cross-section with a view in the longitudinal direction
  • FIG. 1 details of the device according to Figure 1
  • FIG. 3 schematically shows a simplified block diagram of a sensor device according to further preferred ones
  • FIG. 9 schematically shows a simplified block diagram of an evaluation unit according to further preferred embodiments
  • FIGS. 10 to 20 each schematically show aspects of a type of magnetic revolution counter according to further preferred embodiments
  • FIGS. 21 to 30b each show schematically aspects of a further type of magnetic revolution counter according to further preferred embodiments
  • FIG. 31 schematically shows a simplified flow diagram of a method according to further preferred embodiments
  • FIG. 32A schematically shows a device according to further preferred embodiments in FIG
  • FIG. 32B schematically shows a side view of a device according to further preferred ones
  • FIG. 32C schematically shows a side view of a device according to further preferred ones
  • FIG. 1 shows schematically a device 100 according to preferred embodiments in partial cross section with a view in the longitudinal direction.
  • the device 100 has an optional, in the present example essentially hollow-cylindrical carrier 110 with a longitudinal axis 112, which is oriented perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1 and in this respect corresponds to the coordinate z, while a horizontal coordinate in FIG. 1 with the reference symbol x and a in the figure, the vertical coordinate is provided with the reference symbol y.
  • the device 100 further has a magnet arrangement 120, preferably arranged radially inside the optional carrier 110, extending along the longitudinal axis 112, for generating a magnetic field, which is designed such that the magnetic field with at least a first one extends along the longitudinal axis 112 (ie generated along the z coordinate) changing radial magnetic field component Bx (radial magnetic field component along the coordinate x).
  • a magnet arrangement 120 preferably arranged radially inside the optional carrier 110, extending along the longitudinal axis 112, for generating a magnetic field, which is designed such that the magnetic field with at least a first one extends along the longitudinal axis 112 (ie generated along the z coordinate) changing radial magnetic field component Bx (radial magnetic field component along the coordinate x).
  • no optional bracket 110 (Figure 1) is provided and the longitudinal axis 112 corresponds e.g. i.w. the longitudinal axis of the magnet arrangement 120 or a virtual straight line parallel thereto.
  • the device 100 according to FIGS. 1, 2 has a magnetic sensor device 130, which is arranged preferably radially inside the magnet arrangement 120 and, in particular to move back and forth, along the longitudinal axis 112 and is shown in the view according to FIG. 2 .
  • the sensor device 130 has a first magnetic sensor 131 and a second magnetic sensor 132. This enables a particularly precise determination of the at least one first radial magnetic field component Bx that changes along the longitudinal axis 112.
  • the sensor device 130 is preferably arranged so that it can be moved back and forth along the longitudinal axis 112 of the carrier by means of a sliding guide 130a, 130b.
  • a circuit carrier plate 134 can also be provided, for example for making electrical contact with at least one component of the sensor device 130.
  • the first magnetic sensor 131 has a first sensor type, the second magnetic sensor 132 having a second sensor type which is different from the first sensor type. This provides further degrees of freedom for determining the at least one first radial magnetic field component Bx that changes along the longitudinal axis 112.
  • the magnet arrangement 120 is designed such that it generates the magnetic field with the at least one first radial magnetic field component Bx changing along the longitudinal axis 112 and a second radial magnetic field component changing along the longitudinal axis 112 (similarly or in particular differently) By (Fig. 1) generated, which is preferably perpendicular to the first radial magnetic field component Bx.
  • This advantageously provides two, in particular perpendicular, radial magnetic field components Bx, By which change along the longitudinal axis 112 of the carrier 110 and thus e.g. advantageously enable a position of the sensor device 130 to be determined efficiently.
  • the first radial magnetic field component Bx and / or the second radial magnetic field component By changes at least in areas along the longitudinal axis 112 or z-coordinate non-sinusoidally or non-cosinusally, for example in each case linearly, optionally also with different ones Pitch. This enables a particularly precise determination of the position of the sensor device 130.
  • FIG. 4A shows this in the form of curve K1 (plotted in any unit, e.g.
  • Curve K2 gives an example of a course of the second, optional radial magnetic field component
  • the curve K2 falls linearly from a maximum value “1” at the z coordinate z0 to a minimum value “0” at the z coordinate z1.
  • Magnetic field component By by means of the two sensors 131, 132 can advantageously be inferred by means of the sensor device 130 (FIG. 2) as to a current position “z” of the sensor device 130 along the coordinate z within the carrier 110.
  • FIG. 4B shows, by way of example, possible courses of the first radial magnetic field component Bx, cf. Curve K3, and the optional second radial magnetic field component By, cf. Curve K4 along the coordinate z.
  • the curve K3 rises linearly from a minimum value “0” at the z coordinate z0 'to one Maximum value "1" at the z coordinate z1 '.
  • curve K4 rises linearly several times within the same interval (z0', z1 ') from a minimum value, which is not specified for reasons of clarity, to a maximum value, which is also not specified Accordingly, K4 alone does not allow an unambiguous determination of the position of the sensor device 130 in the observed interval (z0 ', z1'), which for example corresponds at least approximately to a length of the carrier 110
  • the magnetic field arrangement 120 is designed such that at least one radial magnetic field component can have negative values at least temporarily (that is, at least in sections in some areas along the z coordinate). This is indicated in the present case by the further coordinate axis z ‘, which is shifted vertically in relation to the axis z according to FIG. 4B.
  • Magnetic field component Bx and / or the second radial magnetic field component By changes at least in regions along the longitudinal axis 112 sinusoidally or cosinusoidally, cf. the curves K5, K6. A particularly precise determination of the position of the sensor device 130 is thereby also made possible.
  • combinations of at least one (co) sinusoidal course of the first radial magnetic field component and a non (co) sinusoidal (e.g. linear) course of the second radial magnetic field component are also conceivable.
  • the magnet arrangement 120 (FIG. 1) is arranged on a radial inner surface 110a of the carrier 110, in particular the
  • Magnet arrangement 120 covers the radial inner surface 110a of the carrier to at least about 40 percent, further in particular to at least about 90 percent, particularly preferably to at least about 95 percent.
  • the magnet arrangement 120 has a magnetizable or magnetized material that is magnetized along the longitudinal axis 112 (corresponding to the coordinate z), in particular differently, that the first and / or the changing along the longitudinal axis 112 or second radial magnetic field component Bx, By, cf. Figures 4A, 4B, 4C result.
  • the magnet arrangement 120 can be provided in the form of a coating on the inner surface 110a, which after it has been applied to the inner surface 110a of the carrier 110 in the desired manner, cf. e.g. 4A, 4B, 4C, is magnetized.
  • first magnetic sensor 131 and the second magnetic sensor 132 both in the area of the longitudinal axis 112, in particular on the Longitudinal axis 112 or a virtual straight line parallel thereto are arranged, which results in a particularly precise determination of the position z along the longitudinal axis 112 or z-coordinate.
  • first magnetic sensor 131 and the second magnetic sensor 132 are arranged one behind the other on the longitudinal axis 112 or said virtual straight line, which results in an offset V along the longitudinal direction, which may be advantageous in the evaluation output signals of the sensors 131, 132 can be taken into account by means of an optional evaluation unit 136.
  • the magnet arrangement 120 has at least one magnet element 122 with an essentially band-shaped basic shape.
  • the magnetic element 122 is arranged at least approximately parallel to the longitudinal axis 112 of the optional carrier 110.
  • the essentially band-shaped basic shape 122 can have an essentially rectangular cross section with a length (along the y-coordinate from FIG. 1) and a width (along the x-coordinate from FIG. 1), the width being greater than that Length, in particular the width being at least twice as large as the length.
  • the magnetic element 122 is arranged, for example, on the inner surface 110a, e.g. inserted into a groove (not shown) formed therein.
  • the optional carrier 110 can also be omitted, the magnetic element 122 e.g. to a target system in which the device 100a is to be built or with which the device 100a is to be used, can be or is fastened.
  • the magnetic element 122 can be fixed or attached to the target system in a stationary manner, and the sensor device 130 is designed to be movable relative to the stationary magnetic element 122 (along the longitudinal axis 112).
  • the sensor device 130 may alternatively be stationary, e.g. be fixed or attached to the target system (not shown in FIG. 5), and the magnetic element 122 (possibly together with a component of the target system) is designed to be movable relative to the stationary sensor device 130 (along the longitudinal axis 112).
  • cf. the device 100b from Fig. 6 are two i.w.
  • band-shaped magnetic elements 122a, 122b are provided. Both magnet elements 122a, 122b are arranged at least approximately parallel to the longitudinal axis 112 of the carrier 110.
  • Embodiments, proceeding from the configuration 100b shown in FIG. 6, can also dispense with the optional carrier 110, wherein for attaching the magnetic elements 122a, 122b e.g. on a target system and / or a fixed attachment or individual mobility of the components 122a, 122b, 130, what was said above with reference to FIG. 5 applies accordingly.
  • the device 100c from FIG. 7 four essentially band-shaped magnetic elements 122a, 122b, 122c, 122d are provided. In the present case, all four magnetic elements 122a, 122b, 122c, 122d are arranged at least approximately parallel to the longitudinal axis 112 of the carrier 110.
  • the optional carrier 110 can also be omitted, whereby for the attachment of the magnetic elements 122a, 122b, 122c, 122d, for example, to a target system and / or a stationary attachment or individual Mobility of the
  • Components 122a, 122b, 122c, 122d, 130 what was said above with reference to FIGS. 5, 6 applies accordingly.
  • the magnet elements of FIGS. 5, 6, 7 provided in each case are advantageously magnetized along the longitudinal direction 112 (z coordinate) in such a way that a course corresponding to FIG. 4A and / or FIG. 4B and / or FIG at least one radial magnetic field component Bx, By (FIG. 1) along the longitudinal direction 112 (z coordinate) results.
  • the four magnetic elements 122a, 122b, 122c, 122d can advantageously be magnetized along their longitudinal axis (and thus also along the longitudinal axis 112 of the optional carrier 110) in such a way that the radial magnetic field components Bx, By (FIG. 1) along the longitudinal axis 112 of the carrier 110 have the course corresponding to the curves K5, K6 according to FIG. 4C.
  • the at least one magnetic element 122, 124 is arranged at least approximately helically along one or the radial inner surface 110a of the optional carrier 110 (i.e. in particular not approximately parallel to the Longitudinal axis 112, see the embodiments according to FIGS. 5, 6, 7).
  • the optional carrier 110 can also be omitted, the magnetic elements 122, 124 e.g. can be arranged or held directly in a target system for the device 100d. In the present case, two again i.w.
  • the two i.w. band-shaped magnetic elements 122, 124 for example also along their length an i.w.
  • the carrier 110 has a material and / or a coating with a material which has a relative permeability of about 100 or more, in particular of about 1000 or more, further in particular of about 2000 or more.
  • the first sensor 131 (as well as the second sensor 132) is not rotatably arranged with respect to the carrier 110 or any other component of the device 100, 100a, 100b, 100c, 100d, but only by the sliding guide 130a, 130b (FIG. 2) can be moved axially within the carrier 110 along the longitudinal axis 112.
  • a relative rotation between the described radial magnetic field components Bx, By or a (radial) sum vector Bx + By therefrom and the sensors 131, 132 advantageously results solely from the magnetization that changes along the z coordinate as described above, cf. e.g. Fig. 4A, 4B, 4C and / or the i.w. helical arrangement of the magnetic elements 122, 124 (FIG. 8).
  • the sensor device 130 when moving along the longitudinal axis 112, the sensor device 130 "experiences" a corresponding change, for example rotation, of at least one vector Bx, By or the sum vector Bx + By, which can be evaluated by the evaluation unit 136, in particular around the position of the sensor device 130 along the longitudinal axis 112 to be determined.
  • the second magnetic sensor 132 is a Hall sensor, which is designed in particular to include the at least one first radial
  • the second magnetic sensor 132 in particular is further designed to detect the first radial magnetic field component Bx and the second radial
  • the already mentioned evaluation unit 136 (FIG. 3) is provided, which is designed to evaluate output signals of the first and second magnetic sensors 131, 132, in particular to determine the position of the sensor device 130 along the longitudinal axis 112.
  • a magnetic revolution counter (first sensor 131) with a Hall sensor 132 proposed in particularly preferred embodiments advantageously enables particularly precise position determination by the sensor device 130 with a comparatively large measuring range at the same time.
  • the magnetic revolution counter (first sensor 131) can whole
  • the evaluation unit 136 (FIG. 3) is designed to determine a position of the sensor device 130 in relation to one of the longitudinal axis 112 to determine the corresponding coordinate z of the carrier 110.
  • the device 100, 100a, 100b, 100c, 100d according to the embodiments can advantageously be used to provide a position transmitter.
  • FIG. 9 schematically shows a simplified block diagram of an embodiment of the evaluation unit 136.
  • the evaluation unit 136 has a computing unit 1002, e.g. a microcontroller or microprocessor, and a memory unit 1004 assigned to the computing unit 1004, which has a volatile memory 1004a (e.g. a working memory, RAM) and / or a non-volatile memory 1004b (e.g. flash EEPROM).
  • a volatile memory 1004a e.g. a working memory, RAM
  • a non-volatile memory 1004b e.g. flash EEPROM
  • At least one computer program PRG which can control an operation of the device 100, 100a,... 100d, when it is executed on the processing unit 1002, can be stored at least temporarily in the memory unit 1004.
  • the computer program PRG can have the evaluation of the output signals of the sensors 131, 132 of the sensor device 130 as its object, e.g. in order to determine therefrom the position of the sensor device 130 along the longitudinal axis 112 or the z coordinate.
  • the first magnetic sensor 131 which is designed as a magnetic revolution counter according to further particularly preferred embodiments, has the following configuration, which is also referred to below as "revolution counter type 1": at least one sensor element with a layer structure that is without an energy supply is suitable for causing a change in the magnetization in the sensor element when a magnetic field is moved past the sensor element, as well as storing several such changes, the sensor element having a spiral structure provided with the layer structure.
  • FIG. 21 shows a schematic plan view of an embodiment of a revolution counter of type 1 with a first embodiment of a sensor element
  • FIG. 22 shows a schematic cross section through the sensor element of FIG. 21
  • FIG. 23 shows a schematic plan view of the sensor element of FIG. 21
  • FIGS 24e schematic top views of the sensor element of FIG. 21 with schematically depicted magnetizations
  • FIG. 25 a schematic top view of the sensor element of FIG. 21 with schematically depicted changes
  • FIG. 26 a schematic top view of a second exemplary embodiment of the sensor element of FIG. 21,
  • FIG. 27 a schematic top view of a third exemplary embodiment of the sensor element of FIG. 21, FIG.
  • FIG. 28 a schematic top view of a fourth exemplary embodiment of the sensor element of FIG. 21,
  • FIG. 29 a schematic top view of a fifth exemplary embodiment of the sensor element of FIG. 21 and
  • FIGS. 30a and 30b are schematic top views of two Wheatstone bridges, which are constructed with sensor elements corresponding to the type 1 revolution counter.
  • a revolution counter (type 1) 10 is shown in which a stationary sensor element 11 is assigned to a rotor 12 with two permanent magnets 13, 14. It goes without saying that several sensor elements can also be present, which are arranged, for example, at equal distances from one another along the circumference of the rotor 12.
  • the rotor 12 is rotatable about an axis 16 in both directions according to the arrow 15.
  • the two permanent magnets 13, 14 rotate together with the rotor 12.
  • the magnetic fields of the permanent magnets 13, 14 are moved past the sensor element 11 and detected by it.
  • the permanent magnets 13, 14 can be moved past the sensor element 11 above or below. It is essential that the magnetic fields of the permanent magnets 13, 14 have a sufficiently large but not too strong influence on the sensor element 11, in particular on its layers explained below with reference to FIG.
  • the magnetization of the two permanent magnets 13, 14 is aligned in opposite directions to one another. This means that when the rotor 12 rotates in the same direction, the first permanent magnet 13 is moved past the sensor element 11 with a north-south orientation, for example, while the second permanent magnet 14 moves past the sensor element 11 with a south-north orientation becomes.
  • the permanent magnet 13 moving past has the following effects: First, the sensor element 11 "sees” the magnetic field lines emerging approximately vertically from the north pole of the permanent magnet 13, then the sensor element 11 "sees” those from the north pole to the south pole parallel magnetic field lines of the permanent magnet 13, and finally the sensor element 11 "sees” the magnetic field lines re-entering the south pole of the permanent magnet 13 approximately perpendicularly. Overall, from the point of view of the sensor element 11, this represents a rotation of the magnetic field lines of the permanent magnet 13 by 180 degrees during the
  • the two permanent magnets 13, 14 are in FIG. 1 at a distance of 180 degrees on the circumference of the rotor
  • the two permanent magnets 13, 14 can also be attached directly adjacent to one another on the circumference of the rotor 12.
  • the revolution counter 10 of FIG. 21 is provided for the contactless counting and storage of revolutions of the rotor 10 by the sensor element 11. This counting and storage does not require an external energy supply.
  • the Giant Magneto Resistance (GMR) effect or the Tunnel Magneto Resistance (TMR) effect or the Colossal Magneto Resistance (CMS) effect can be used to read out the stored revolutions.
  • FIG. 22 shows a layer structure 20 of the sensor element 11 which uses the GMR effect to read out the stored revolutions.
  • a soft magnetic layer 21 is separated from a hard magnetic layer 23 by a thin non-magnetic layer 22.
  • An antiferromagnetic layer 24 reinforces the hard magnetic properties of the hard magnetic layer 23 in the sense of a so-called "pinning".
  • the soft magnetic layer 21 therefore represents a sensor layer and the hard magnetic layer 23 a reference layer.
  • a contacting layer 25 On the layer 24 there is a contacting layer 25 on which a first contact 26 is provided. As will be explained below, a second contact 27, not shown in FIG. 22, is present at a different point on sensor element 11. A measuring current can thus flow through the layer structure 20 between the two contacts 26, 27. As will also be explained below, the number of stored revolutions can be deduced from the measurement current.
  • the contact-making layer 25 can be covered by an insulating layer 28.
  • the contacts 26, 27 are at least partially free, that is to say not covered by the insulating layer 28, for making contact.
  • the entire layer structure 20 can be applied to a silicon substrate, for example.
  • the layer structure 20 described is often also referred to as a spin valve.
  • one of the two contacts 26, 27 must be arranged below the non-magnetic layer 22, and the other of the two contacts 26, 27 must be arranged above the non-magnetic layer 22.
  • a shape 30 of the sensor element 11 is shown which has a wall generator 31 and a wall memory 32. Furthermore, the two contacts 26, 27 are shown in FIG.
  • the wall generator 31 is designed as a circular surface and is connected to the contact 26.
  • Wall storage 32 is designed as a spiral, the outer beginning of which is connected to the wall generator 31, and which, starting from its beginning, is composed of spiral arcs whose radii are getting smaller and smaller.
  • the outermost turn of the spiral in FIG. 3 is composed, for example, of the spiral arcs 33, 34. At the end of the spiral and thus inside the same, the spiral is connected to the contact 27.
  • the wall storage unit 32 can not only be a spiral, but also another spiral structure.
  • a spiral-like structure composed of straight pieces can be provided as wall storage 32, in which the length of the straight pieces becomes smaller and smaller the further the straight pieces are arranged in the interior of the structure.
  • a wall storage 32 for example, a square or Rectangular pieces composed, square or polygonal spiral structure can be provided in which the size of the square or rectangular pieces becomes smaller, the further the pieces are arranged in the interior of the structure. It is also possible that the corners of these spiral-like structures are rounded.
  • the spiral shown in FIG. 23 is formed by a strip which, for example, has a width of about 2 micrometers and winds from the outside inwards at a distance of about 2 micrometers.
  • the spiral has ten turns.
  • the aforementioned strip tapers and tapers.
  • the width of the strip is therefore smaller than about 2 micrometers there.
  • This pointed end area of the spiral can either extend only slightly into the area of the contact 27 or be located essentially completely below the contact 27.
  • the end area of the spiral which ends at a point ensures that no domain wall can be generated or stored in this end area.
  • the arrangement of the pointed end region under the contact 27 ensures that the electrical connection between the spiral and the contact 27 does not deteriorate.
  • the sensor layer of the wall generator 31 can easily follow a magnetic field moving past. As already mentioned, however, the direction of magnetization of the reference layer does not change due to a magnetic field moving past.
  • FIGS. 24a to 24e the sensor element 11 is shown again in the same way as was explained with reference to FIG.
  • arrows along the course of the spiral of the wall reservoir 32 are shown in FIGS. 24a to 24e. These arrows mark the
  • Direction of magnetization of the spiral namely the individual arrows always relate to that area of the spiral in which they are respectively drawn.
  • the orientation of the reference layer is always approximately parallel to the course of the strip of the spiral and always oriented in the same direction of the spiral.
  • the direction in which the magnetization of the spiral is oriented i.e. whether it is clockwise or counterclockwise, is not important here. It is only important that it is always the same direction along the entire spiral. This orientation of the magnetization remains unchangeable in the hard magnetic reference layer.
  • the permanent magnet 13 is now moved past the sensor element 11 due to a rotation of the rotor 12. As has been explained, this has the consequence that the sensor element 11 “sees” a rotation of the magnetic field of the permanent magnet 13 by 180 degrees. As has also been explained, the direction of magnetization of the sensor layer of the wall generator 31 follows this
  • FIG. 4b shows the orientation of the direction of magnetization of the spiral in the soft magnetic layer 21, i.e. in the sensor layer of the wall storage 32, namely at a second point in time at which the permanent magnet 13 has already moved past the sensor element 11.
  • that direction of magnetization is shown as arrow 35 in FIG. 4b, which sensor element 11 “saw” at the end of the movement of permanent magnet 13 past.
  • the direction of magnetization of the wall generator 31 follows the magnetic field of the permanent magnet 13, so that the arrow 35 in FIG. 4b also represents the direction of magnetization of the wall generator 31.
  • FIG. 24a A comparison of the direction of the arrow 35 of FIG. 4b representing the magnetization direction of the wall generator 31 and the magnetization direction of the start of the spiral before the permanent magnet 13 moves past according to FIG. 24a shows that these magnetization directions are opposite to one another. This has the consequence that a domain wall is created approximately in the area of the connection between the wall generator 31 and the beginning of the spiral (not shown). Because of the unique
  • this 180-degree wall migrates from its place of origin at the beginning of the spiral along the same to a point 41 on the spiral.
  • the aforementioned 180-degree wall is there as a dark rectangle with the reference number 42 marked.
  • the 180-degree wall 42 has an energetically more favorable state than at its point of origin, since only there the adjacent spiral arcs 33, 34 are not anti-parallel
  • FIG. 24b shows that the direction of magnetization of the spiral in the sensor layer of wall storage 32 has changed in the area of the first spiral arch 33, but not in the area of the second spiral arch 34 and the subsequent spiral arches.
  • the 180-degree wall 42 is located approximately at this point 41 of the spiral.
  • the rotor 12 is now rotated further in the same direction, so that the permanent magnet 14 is moved past the sensor element 11. This in turn has the consequence that the magnetization direction of the sensor layer of the wall generator 31 corresponds to the magnetic field of the moving past
  • Permanent magnet 14 follows. However, the direction of magnetization of the reference layer does not change.
  • FIG. 24c shows the orientation of the direction of magnetization of the spiral in the soft magnetic layer 21, i.e. in the sensor layer of the wall storage 32, namely at a third point in time at which the permanent magnet 14 has already moved past the sensor element 11.
  • FIG. 24c shows that the magnetization direction of the spiral in the sensor layer of the wall storage 32 has changed in the area of the first spiral arch 33 and the second spiral arch 34, but not in the subsequent spiral arches.
  • the change in the first spiral arc 33 is a consequence of a renewed change in the direction of magnetization of the wall generator 31 due to the passing of the permanent magnet 14.
  • the change in the second spiral arc 34 results from the fact that the 180-degree wall 42 has moved on again, and this is due to the aforementioned renewed change in the direction of magnetization of the first spiral arc 33 and the resulting changed energetic state of the 180-degree wall 42.
  • the 180-degree wall 42 which was present at the point 41 in the second point in time in FIG. 24b, is thus in the third point in time in FIG. 24c at a point 43, which is approximately 180 degrees after the point 41 in the course of the spiral of the wall reservoir 32 is arranged.
  • a further 180-degree wall 44 is therefore located approximately at this point 41 of the spiral, which is identified as a dark rectangle in FIG. 24c.
  • This 180-degree wall is created in the manner already explained in the area of the beginning of the spiral and then migrates to point 41.
  • the rotor 12 is now rotated further in the same direction, so that now again the
  • the direction of magnetization of the sensor layer of the wall generator 31 follows the magnetic field of the permanent magnet 13 moving past.
  • FIG. 24d shows the orientation of the magnetization direction of the spiral in the soft magnetic layer 21, i.e. in the sensor layer of the wall storage 32, namely at a fourth point in time at which the permanent magnet 13 has already moved past the sensor element 11.
  • the 180-degree wall 42 is located in the second turn of the spiral and not, as in FIG. 24b, in the first outer turn. Furthermore, the 180-degree wall 44 in the outer turn of the spiral has migrated from the point 41 to the point 43. And finally, at the point 41 in the first, outer turn of the spiral, another 180-degree wall 45 has arisen.
  • FIG. 24e shows the orientation of the direction of magnetization of the spiral in the soft magnetic layer 21, i.e. in the sensor layer of the wall storage 32, specifically at a fifth point in time at which the permanent magnet 14 has already moved past the sensor element 11.
  • the 180-degree wall 42 has moved further again, namely to the point 43 of the second turn of the spiral.
  • the 180 degree wall 44 is at point 41 of the second turn of the spiral
  • Permanent magnets 13, 14 moved past sensor element 11 twice.
  • the rotor 12 has thus rotated two revolutions.
  • a total of four domain walls were created during these two revolutions of the rotor 12 in the spiral of the wall storage 32, namely the four 180-degree walls 42, 44, 45, 46. It is understood that with a further rotation of the rotor 12 further domain walls would arise in a corresponding manner in the same direction.
  • Magnetization directions in the sensor layer of the spiral between the individual 180-degree walls always opposite to each other. This means that in the two outer turns of the spiral, the directions of magnetization are always reversed after each 180-degree wall 42, 44, 45, 46.
  • sensor element 11 is shown again in the same way as was explained with reference to FIG. 23 and FIGS. 24a to 24e. In the figure 25 are the different
  • magnetizations of the spiral of the wall storage 32 are not shown with arrows, as shown in FIGS. 24a to 24e, but those spiral arcs are marked dark, the magnetization of which differs in FIG. 24e from the magnetization of FIG. 24a.
  • a comparison of the two cited figures shows that this is the spiral arc 34 of the outer, first turn of the spiral, as well as a spiral arc 36 which runs adjacent to the spiral arc 34 in the second, next inner turn of the spiral.
  • the changed direction of magnetization of spiral arcs 34, 36 of FIG. 25 relates, as has been explained, only to the sensor layer of wall storage 32.
  • the reference layer of the respective spiral arcs 34, 36 there is no change in the direction of magnetization. This has the consequence that in the area of the spiral arcs 34, 36 the magnetization of the sensor layer is aligned antiparallel to the magnetization of the reference layer.
  • the electrical resistance of the entire spiral can be determined with the aid of the already mentioned measuring current flowing via the contacts 26, 27. If there is a spiral arc within the spiral, in which the sensor layer and the reference layer are magnetized in antiparallel, this leads to an increased resistance. If there are several such spiral arcs, this leads to a correspondingly multiple increased resistance.
  • the width of the strip forming the spiral changes over the entire course.
  • GMR Giant Magneto Resistance
  • the two anti-parallel magnetized spiral arcs 34, 36 shown in FIG. 25 are created by two revolutions of the rotor 12.
  • an anti-parallel magnetized spiral arc of the wall storage 32 corresponds exactly to one rotation of the rotor 12.
  • the existing 180-degree walls also move in the opposite direction.
  • 180-degree walls are again created in the wall generator 31, but these are oriented in the opposite direction to the 180-degree walls explained above. This has the consequence that the 180-degree walls that are now created one after the other erase the existing 180-degree walls that are moving in the opposite direction one after the other.
  • the antiparallel magnetized spiral arcs shown in FIG. 25 thus disappear from the inside outwards until the state of FIG. 24a is reached again.
  • the number of existing anti-parallel magnetized spiral arcs can be determined, as has been explained, via the contacts 26, 27 in the manner already explained.
  • the explained mode of operation of the sensor element 11 is independent of an energy supply with regard to the formation of domain walls and the resulting anti-parallel magnetized spiral arcs. This means that a rotation of the rotor 12 always leads to a change in the magnetization directions, even if there is no electrical connection to the contacts 26, 27. The number of rotations of the rotor 12 carried out is thus counted and stored in the spiral of the wall memory 32 without an energy supply.
  • the wall generator 31 is arranged at the beginning of the spiral forming the wall storage 32, while only the contact 27 is present at the end of the spiral. Alternatively, it is possible to place the wall generator not at the beginning but only at the end of the spiral.
  • the described revolution counter 10 can in particular be used as a first magnetic sensor 131 (FIG. 2) for the device 100, 100a, 100b, 100c, 100d according to the embodiments.
  • the revolution counter 10 can detect a radial magnetic field rotating relative to the sensor device 130 (FIG. 2), as can be generated by the magnet arrangement 120 (FIG. 2), and count the corresponding revolutions, from which information about a position of the sensor device 130 can be determined along the z coordinate of the carrier 110.
  • the first magnetic sensor 131 designed as a revolution counter 10
  • the revolution counter 10 in the form of counted (relative) revolutions of the magnetic field, the radial component (s) of which are along the z-coordinate of the carrier 110 change, detected. This recorded number of revolutions is retained in the revolution counter 10 even if the device 100 is deactivated or if a defect occurs in the power supply of the device.
  • Sensor element 11 of FIG. 23 differs.
  • the sensor element 11 of FIG. 26 has several straight sections parallel to one another, which are connected to one another via semicircular pieces and, overall, form a spiral and thus the wall storage 32.
  • the wall generator 31 is arranged in the interior of the spiral.
  • Hard magnetic layer 23 that is to say the reference layer, is preferably aligned approximately parallel to the straight line segments in the sensor element 11 of FIG.
  • the shape 70 of FIG. 27 is designed similarly to the shape 60 of FIG. 26. In contrast to FIG. 26, however, the shape 70 of FIG. 27 represents one
  • the electrical contacts of the sensor element 11 are designed differently than this e.g. is the case in FIG. While the contacts 26, 27 are present at the beginning and at the end of the spiral in the sensor element 11 in FIG. 26, this is not the case with the sensor element 11 in FIG. Instead stretch out there.
  • Contacts 26 ', 27' each over the area of the semicircular pieces of the spiral in such a way that only the area of the straight pieces is not covered by the contacts 26 ', 27'. This has the consequence that the semicircular pieces in the area of the two contacts 26 ', 27' are each electrically short-circuited.
  • the electrical resistance of the spiral in the sensor element 11 of FIG. 28 can also be read in the manner described via the contacts 26 ', 27'. In the sensor element 11 in FIG. 28, however, the electrical resistance is lower than in the sensor element in FIG. 26.
  • FIGS. 21 to 26 apply accordingly to sensor element 11 in FIG. 28.
  • the electrical contacts of the sensor element 11 are designed differently than this e.g. is the case in FIG. While the contacts 26, 27 are present at the beginning and at the end of the spiral in the sensor element 11 in FIG. 26, this is not the case with the sensor element 11 in FIG. Instead, there are contacts 26 ′′, 27 ′′ at the beginning and at the end of each straight line segment.
  • the number of contacts 26 ′′, 27 ′′ present in pairs thus corresponds to the number of straight lines.
  • the contacts 26 ′′, 27 ′′ are preferably each spaced apart from one another in such a way that all straight sections are approximately the same length. With this arrangement of the contacts 26 ′′, 27 ′′ it is possible to read out the electrical resistance of each individual straight section separately. The entire electrical resistance of the spiral can then be derived from these partial resistances. Otherwise, the explanations relating to FIGS. 21 to 26 apply accordingly to sensor element 11 in FIG. 29. In FIGS. 30a and 30b, four sensor elements 11 are combined to form a Wheatstone bridge 1100.
  • the sensor elements 11 can be any embodiments as they have been explained with reference to FIGS. 23 to 29.
  • Sensor elements 11 have a winding sense which is oriented opposite to the spirals of the two other sensor elements 11.
  • contacts 1103, 1104, 1105, 1106 are provided, which, similar to the sensor element 11 of FIG. 28, short-circuit the semicircular pieces of the respective sensor elements 11. Furthermore, these contacts 1103, 1104, 1105, 1106 are connected to one another in such a way that the straight sections of the four sensor elements 11 overall form an electrical parallel circuit.
  • contacts 1107, 1108, 1109, 1110 are provided which connect the beginning and the end of the spirals of the respective sensor elements 11 to one another.
  • the contacts 1107, 1108, 1109, 1110 are arranged and electrically isolated from the individual spirals in such a way that the spirals of the sensor elements 11 as a whole form an electrical series circuit.
  • the explanations relating to FIGS. 21 to 29 apply accordingly.
  • the first magnetic sensor 131 (FIG. 3), designed as a magnetic revolution counter according to particularly preferred embodiments, has the following configuration, which is also referred to below as "revolution counter type 2": a loop-like arrangement with N turns , having a GMR layer stack into which magnetic 180 ° domains can be introduced, stored and read out by measuring the electrical resistance, with stretched loop sections being provided at a predeterminable angle to the reference direction impressed in the sensor, which, preferably in the center, with contacts which can be acted upon by an electrical potential and which are in series or parallel to the reading of electrical
  • Resistance ratios of individual loop sections to further individual contacts provided in the areas of curvature of the loop-like arrangement are used, in particular the determined resistance ratios being a direct measure of the presence or absence of a magnetic one Domain in the corresponding loop section and thus provide a clear statement about the number of revolutions that have taken place.
  • FIG. 10 shows aspects of a first embodiment of the
  • FIG. 11 shows a partial section according to FIG. 10 with different
  • FIG. 12 potential curves and hysteretic areas according to the first embodiment upon rotation of the external magnetic field;
  • FIG. 13 shows a second embodiment of the type 2 revolution counter; 14 four different possible
  • Fig. 10 shows a first basic embodiment of the revolution counter type 2 with a
  • Domain wall generator 302 that generates magnetic domain walls. Details on the function of the domain wall generator 302 are also described in DE 10 2008 063 226 A1, cf. there e.g. FIG. 3 and paragraphs [0005], [0006], to which reference is hereby made.
  • the sensor 301 according to FIG. 10 is provided with two electrical contacts 306a and 306b which, in this example, jointly contact the strips 303b and 303d and 303a and 303c above or below. In preferred embodiments, these contacts 306a, 306b are each located in the middle of the elongated strips shown. An electrical potential is applied to the sensor 301 via these two contacts 306a, 306b. In the curvatures 304b, 304d of the spiral, further individual electrical contacts 307a, 307b are provided in the example on the left, each of which makes contact with one turn. The preferred one
  • the readout principle of this magnetic sensor wired in this way provides that a potential is applied to all windings via the common contacts 306a, 306b and that the potential drop is read out sequentially for each winding. This is preferably done via a multiplexer circuit which is customary per se and therefore not to be described further here, which successively establishes the connection to the individual contacts 307a, 307b in the bends from a common contact 306a or 306b.
  • the contacts 307a and 307b should preferably be designed so large in terms of area that the specific position of a domain wall within the curved strip area is meaningless.
  • the deviation from the potential value 50% for magnetization states 1 and 3 depends on the size of the GMR effect and on the cosine of the angle between reference direction 308 and strip section 303a.
  • the initial state of the sensor 301 is free of magnetic domain walls. This means that every turn is in the first magnetic state, so that the potential drop is ⁇ 50%.
  • Fig. 12 shows the above schematically.
  • the signal of the outermost first turn in Fig. 12 denoted by W1; voltage at contact 307a
  • Fig. 12b the signal of the second turn (W2; Voltage at contact 307b) plotted against the angle of rotation of the magnetic field.
  • W1 voltage at contact 307a
  • W2 Voltage at contact 307b
  • the signal in FIG. 12a would jump from the low low level to the middle 50% level at exactly 360 °.
  • the voltage swing in FIG. 12b would occur exactly with a further rotation of 360 °, that is to say with a magnetic field rotation of 720 °.
  • the jumps take place depending on the direction of rotation at an angle> 360 ° or> 720 ° (magnetic field rotation in the spiral direction) or at an angle ⁇ 360 ° or ⁇ 720 ° (magnetic field rotation in the opposite direction of the spiral).
  • the sensor is not read out in one of the hysteretic angular ranges (310 or 310a) which are symbolized by rectangles in FIG. These angular ranges have a periodicity of 180 °.
  • the voltage signal can assume any value between the L level and the M level, and in the hysteretic angle ranges 310 any value between the L level and the H level.
  • a second sensor 301 is advantageously provided, which is positioned in the magnetic revolution counter rotated by 90 ° to the first sensor. This delivers a signal that is 90 ° out of phase, e.g. can then be read out when the first sensor is in a hysteretic angular range (310 or 310a). If the first sensor can be read out, the second sensor should not be read out, since it is then located in one of the hysteretic angle ranges (310 or 310a). Since the Flysterese is ⁇ 90 °, there are also angular ranges in which both sensors can be read. The information about the angle provides e.g. a common angle sensor (not shown) to the readout electronics, which then decide which sensor may be read out.
  • the preferred readout method of the sensor 301 provides that 1. the angle sensor is only read out in a controlled manner if the sensor 301 is not in a hysteretic angle range, 2. that the voltage signal of the first turn that connects to the domain wall generator is read out first 3 . and then successively the second turn up to the ninth turn is read out. That is, the
  • Windings of the sensor 301 are read from the outside inwards.
  • the readout of the windings can be ended as soon as a winding supplies a low-level voltage signal.
  • the low-level signal means that no domain wall has passed under the individual contact that has been read out, and thus no domain wall can be present in turns further inside. In Fig. 12 it is sufficient, for.
  • the first turn is in the median state, so that the second turn must also be read out, which is in the Lew level state at this angle. Only with one Magnetic field rotation of 720 °, both turns are in the M-state. Even this first embodiment of the type 2 revolution counter has several advantages over the known prior art: 1. By measuring the potential drop in each winding, the potential swing that can be measured there is independent of the number of revolutions. As a result, the number of countable revolutions is no longer limited to approx. Ten revolutions by the size of the GMR effect. The only limitation is manufacturing-related, because each turn lengthens the sensor 301 and thus increases the probability that the spiral is interrupted due to a defect.
  • a spiral as a sensor alone like a Wheatstone bridge, supplies a temperature-independent signal. 3.
  • Another particular advantage is that the sensor 301 may be turned over.
  • four spirals, which are connected in a Wheatstone bridge one has the major problem that, in the event of an over-rotation, the domains located in the innermost spiral arm migrate to the ends of the spirals and disappear there. If this is done for all the spirals of a Wheatstone bridge, defined relationships are obtained again. If, however, this cannot be ruled out in principle, this does not take place on all four spirals, the undefined characteristic is changed and the sensor no longer delivers any valid signals. Therefore, with the Wheatstone bridge solution according to the state of the art, there should always be a mechanical stop that reliably prevents over-turning. However, the solution proposed here works even with only one spiral, so that a mechanical stop can therefore be dispensed with.
  • a second version of the revolution counter of type 2 provides that the elongated spiral is distorted into a symmetrical diamond, in which each turn consists of four strip segments, which are each arranged at a 90 ° angle one behind the other, and in which two strip segments as Voltage divider or Wheatstone half-bridge are coated.
  • FIG. 13 shows such a sensor 311.
  • first contacts 316a and 316b are used to supply potential.
  • individual contacts 317a and 317b are provided in the bends on the left, between the first contacts 316a and 316b, each of which makes contact with only one turn.
  • the sensor 311 is read out by the potential difference between one of the two large contacts 316a or 316b and the contacts 317a and 317b sequentially or in parallel (if, for example
  • Voltage potential measuring AD converters are provided) is determined to determine the potential drops in the Measure strip segments (313e or 313i).
  • Preferred embodiments of this second embodiment of the type 2 revolution counter, described further below, provide that the strip segments 313a to 313i are of the same length between all electrical contacts.
  • elongated strip portions 313d and 313e are magnetized counterclockwise (Fig. 14c); 4. There is a magnetic domain wall in the curve 314d, so that the elongated strips 313d and 313e are magnetized to the right (FIG. 14d).
  • Type 2 revolution counter is similar to the first version of type 2 revolution counter. All turns are measured, preferably multiplexer-controlled, one after the other, starting with the first turn after the domain wall generator (contact 317a in curve 314d). The measurement can be ended in the turn in which the potential drop is ⁇ 50% for the first time.
  • FIG. 15 shows this again schematically.
  • the potential of the first turn (measured at contact 317a) and in FIG. 15b the potential of the second turn (measured at contact 317b) is plotted against the magnetic field rotation.
  • the signal in FIG. 15a would for the first time be exactly Jump 360 ° from the low low level to the middle 50% level.
  • the jump in FIG. 15b would take place for the first time after a further 360 ° with exactly 720 ° magnetic field rotation.
  • After the first signal jump there is another signal jump every 90 °, since the magnetic domain wall is transported into the next bend, whereby the strip lying in between is remagnetized.
  • the signal is therefore periodic from the first rotation (360 °) with a periodicity of 360 °.
  • the signal is periodic from the second turn (720 °). Since the real sensor switches hysteretically, the first jumps take place, depending on the direction of rotation, at an angle> 360 ° or> 720 ° (magnetic field rotation in the spiral direction) or at an angle ⁇ 360 ° or ⁇ 720 ° (magnetic field rotation in the opposite direction to the spiral).
  • the sensor 311 should preferably not be read out in the hysteretic angle ranges in which it switches from the low level to the 50% level.
  • the hysteretic angular ranges are symbolized by rectangles 320, 321.
  • a second sensor 311 is required, which is positioned in the magnetic revolution counter rotated by 90 ° to the first sensor, or, as shown in FIG. 16, the sensor 311 is preferably with further individual contacts (317c and 317d) in the bends (314b and 314f). These two solutions deliver two signals out of phase by 180 °.
  • FIG. 17 shows schematically the sensor signals when the sensor 311 according to FIG. 16 is read out on both sides.
  • signals of the first turn and in Fig. 17c) and Fig. 17d) signals of the second turn are plotted: - Fig. 17a) shows the voltage signal of the contact 317c, in which the first signal jump at 180 ° takes place, - Fig. 17b) shows the voltage signal of contact 317a phase-shifted by 180 °, in which the first signal jump occurs at 360 °, - Fig. 73c) shows the voltage signal of contact 317d, in which the first signal jump at 540 ° takes place, - Fig.
  • 17d shows the voltage signal of the contact 317b phase-shifted by 180 °, in which the first signal jump occurs at 720 °.
  • the signal from contact 317d is in phase with the signal from contact 317c from 540 ° magnetic field rotation and the signal from contact 317b is in phase with the signal from contact 317a from 720 ° magnetic field rotation. Due to the phase shift of 180 ° between the voltage signals from the left contacts (317a and 317b) and the voltage signals from the right contacts (317c and 317d), this sensor can advantageously always be read out without the need for a separate second sensor.
  • the read-out principle of the sensor 311 examines whether a threshold value 319 between the low level state and the 50% level (median level) is exceeded.
  • the low-level signal means that no domain wall has passed under the individual contact that has been read out, and thus no domain wall further internal turns are present.
  • the voltage signal of this contact must not be read out only if the magnetic field rotation is in a hysteretic angular range 320 in which the voltage signal switches from the low-level state to the M-level state. Otherwise, this voltage signal may always be read out, even in the hysteretic angle ranges 321 in which the voltage signal switches from the M level to the high level.
  • FIG. 18 an embodiment of the sensor is shown in which the individual contacts 337a and 337b are designed such that the long straight webs in between have the same length for all parts of the spiral. This has the advantage that the current load is identical for all branches. 18 is self-explanatory and therefore requires no further explanation.
  • FIG. 19 Another embodiment shown in FIG. 19 provides that the diamond described above has at least an angle other than 90 ° within a turn.
  • Preferred configurations provide symmetrical rhombuses with alternating obtuse and acute angles, for example 25 ° / 155 ° / 25 ° / 155 °.
  • the preferred embodiment of these variants of the type 2 revolution counter provides that the reference direction 338 runs along the long side of the diamond and the individual contacts are positioned at the obtuse angles. This makes better use of the GMR effect than with the second solution (90% of the GMR stroke is available at an acute angle of 25 ° instead of 71% at an angle of 90 °). Due to the angle difference between acute and obtuse angles in the diamond, a "geometric hysteresis" is built into the sensor signal, which corresponds to the difference between the two angles.
  • contacts 336a and 336b of FIG 18 are now carried out individually for each loop. This gives the user the option of designing either the electrodes at 336a and 336b or 337a or 337b as common electrodes. This does not lead to a fundamentally different characteristic and can also be used with the one shown in FIG The solution shown is used.
  • FIG. 20 Another embodiment of the revolution counter of type 2, as shown in FIG. 20, provides that in addition to the sensor one or more individual strips 339a and 339b separated from the rest of the spiral are provided, which in the example are each parallel to strip 333a and 333a 333b and / or 333c and 333d are positioned.
  • these strips cannot be reversed, i.e. H. the magnetization of the sensor layer in these strips always points in the same direction.
  • the center contact exhibits a potential drop of 50% when the potential is applied to it at its ends, like the sensor 31 or 311 in the previous examples.
  • This signal can serve as a reference signal when measuring the potential drops in the individual windings of the sensor.
  • Curvatures are provided. Similar to the second variant with single contacts on both sides, this sensor delivers two signals phase-shifted by 180 °. These signals are useful if you want to use a 180 ° angle sensor instead of a 360 ° angle sensor.
  • the type 2 revolution counter 301, 311, 331 described with reference to FIGS. 10 to 20 can - as an alternative or in addition to using the type 1 revolution counter (described above with reference to FIGS. 21 to 30b) - in particular as a first magnetic sensor 131 (Fig. 2) can be used for the device 100, 100a, 100b, 100c, 100d according to the embodiments.
  • the revolution counter 301, 311, 331 of type 2 can have a radial magnetic field rotating relative to the sensor device 130 (FIG. 2), as can be generated by the magnet arrangement 120 (FIG. 2) (e.g.
  • revolution counter 301, 311, 331 of type 2 in the form of the sensor 131
  • revolution counter 301, 311, 331 in the form of counted (relative) revolutions of the magnetic field whose radial component (s) change along the z coordinate of the carrier 110, is detected.
  • This recorded number of revolutions also remains obtained in the revolution counter 301, 311, 331 when the device 100 is deactivated, or when a defect occurs in the power supply of the device.
  • FIG. 31 schematically shows a simplified flow diagram of a method according to a
  • step 200 the sensor device 130 (Figs. 2, 3) is moved along the longitudinal direction 112 of the carrier 110, e.g. using the sliding guide 130a, 130b.
  • step 202 an output signal of the first magnetic sensor 131 and in step 204 an output signal of the second magnetic sensor 132 is determined and evaluated by means of the evaluation unit 136 (FIG. 3), in particular in order to determine the position of the sensor device 130 along the z coordinate determine.
  • the device 100, 100a, 100b, 100c, 100d can advantageously be used to provide a displacement transducer or position transmitter.
  • FIG. 32A schematically shows a device 100e according to further preferred embodiments in partial cross section with a view in the longitudinal direction, similar to the configuration according to FIG. 1.
  • the device 100e from FIG. 32A does not have a carrier 110, but an essentially one.
  • hollow-cylindrical magnet element 120 e.g. itself is designed to be sufficiently dimensionally stable and / or designed for attachment to a target system (not shown in FIG. 32A) for the device 100e.
  • the magnetic element 120 is adapted to a corresponding, at least regionally hollow-cylindrical or to the geometry of the
  • Magnet element 120 adapted holder or the like to use.
  • the magnetic element 120 can be designed to be stationary and the sensor device 130 can be designed to be movable relative thereto (along the longitudinal axis, that is to say perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 32A).
  • the sensor device 130 can also be designed to be stationary and the magnetic element 120 to be movable relative to it (along the longitudinal axis, that is, perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 32A), which simplifies the electrical connection of the sensor device 130.
  • both the magnetic element 120 can also be designed to be stationary and the magnetic element 120 to be movable relative to it (along the longitudinal axis, that is, perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 32A), which simplifies the electrical connection of the sensor device 130.
  • both the magnetic element 120 can also be designed to be stationary and the magnetic element 120 to be movable relative to it (along the longitudinal axis, that is, perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 32A), which simplifies the electrical connection of the sensor device 130.
  • Sensor device 130 and the magnetic element 120 can be designed to be movable (along the longitudinal axis).
  • FIG. 32B schematically shows a side view of a device 100f according to further preferred embodiments.
  • a (in particular single) magnetic element 122 ' is provided which realizes the function of the magnet arrangement 120 according to the embodiments and which is arranged on a surface 2000a of a target system 2000 (eg machine tool), in particular arranged in a stationary manner, i.e. fixed.
  • the sensor device 130 is designed and arranged to be movable (back and forth) relative to the magnetic element 122 ′ along the longitudinal axis 112 (horizontal in FIG. 32B), cf. the block arrows A1, A2.
  • FIG. 32C schematically shows a side view of a device 100g according to further preferred embodiments.
  • a (in particular single) magnet element 122 ' is provided which realizes the function of the magnet arrangement 120 according to the embodiments and which is arranged on a surface 2000a' of a target system 2000 '(eg part of a machine tool).
  • the target system 2000 ' (together with the magnetic element 122' arranged thereon) is designed and arranged to be movable (to and fro) along the longitudinal axis 112 (horizontal in FIG. 32C), cf. the block arrows AT, A2 ', and the sensor device 130 is in the present case stationary, for example arranged or fixed on a further (preferably stationary) component 2000 ′′ of the target system.
  • This enables a particularly simple electrical connection of the sensors 131, 132, in which in particular no cables or signal lines (not shown) have to be moved.

Abstract

An apparatus, in particular a sensor apparatus, comprises a magnet arrangement for generating a magnetic field, which magnet arrangement extends along a longitudinal axis and is embodied such that it generates the magnetic field with at least one first radial magnetic field component that changes along the longitudinal axis, and a magnetic sensor device, which has a first magnetic sensor and a second magnetic sensor and is arranged to be movable relative to the magnet arrangement along the longitudinal axis.

Description

Titel: Sensorvorrichtung und Betriebsverfahren hierfür Title: Sensor device and operating method therefor
Beschreibung description
Stand der Technik State of the art
Die Offenbarung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere Sensorvorrichtung. Die Offenbarung betrifft ferner ein Betriebsverfahren für eine derartige Vorrichtung. The disclosure relates to a device, in particular a sensor device. The disclosure also relates to an operating method for such a device.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Vorrichtung, insbesondere Sensorvorrichtung, aufweisend eine sich entlang einer Längsachse erstreckende Magnetanordnung zur Erzeugung eines Magnetfelds, die so ausgebildet ist, dass sie das Magnetfeld mit wenigstens einer ersten sich entlang der Längsachse ändernden radialen (also z.B. zu der Längsachse senkrecht stehenden) Magnetfeldkomponente erzeugt, und eine relativ zu der Magnetanordnung entlang der Längsachse bewegbar angeordnete magnetische Sensoreinrichtung, die einen ersten magnetischen Sensor und einen zweiten magnetischen Sensor aufweist. Hierdurch ist eine besonders präzise Ermittlung der wenigstens einer ersten sich entlang der Längsachse ändernden radialen Magnetfeldkomponente ermöglicht. Preferred embodiments relate to a device, in particular a sensor device, having a magnet arrangement extending along a longitudinal axis for generating a magnetic field, which is designed in such a way that the magnetic field changes with at least one first radial (e.g. perpendicular to the longitudinal axis) that changes the magnetic field standing) magnetic field component, and a magnetic sensor device which is movably arranged relative to the magnet arrangement along the longitudinal axis and has a first magnetic sensor and a second magnetic sensor. This enables a particularly precise determination of the at least one first radial magnetic field component that changes along the longitudinal axis.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Träger zur Aufnahme der Magnetanordnung aufweist. In further preferred embodiments it is provided that the device has a carrier for receiving the magnet arrangement.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Träger im wesentlichen In further preferred embodiments it is provided that the carrier essentially
hohlzylindrisch ausgebildet ist, wobei die Magnetanordnung bevorzugt radial innerhalb des Trägers angeordnet ist. Eine Anordnung der Magnetanordnung radial außerhalb des Trägers ist bei weiteren Ausführungsformen ebenfalls möglich. is designed as a hollow cylinder, wherein the magnet arrangement is preferably arranged radially inside the carrier. An arrangement of the magnet arrangement radially outside of the carrier is also possible in further embodiments.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der optionale Träger auch eine andere als die beispielhaft genannte hohlzylindrische Grundform aufweisen, z.B. Quaderform bzw. Bandform (i.w. Quaderform mit wesentlich größerer Länge als Breite und Höhe und vorzugsweise unterschiedliche Breite und Höhe) bzw. Stabform oder dergleichen. In further preferred embodiments, the optional carrier can also have a basic shape other than the hollow-cylindrical basic shape mentioned by way of example, for example cuboid shape or band shape (essentially cuboid shape with significantly greater length than width and height and preferably different width and height) or rod shape or the like.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung statisch anordenbar, insbesondere an einem bzw. dem Träger und/oder an einem Zielsystem befestigbar ist, wobei insbesondere die Sensoreinrichtung relativ zu der Magnetanordnung, insbesondere wenigstens entlang der Längsachse, bewegbar ist. In further preferred embodiments, it is provided that the magnet arrangement can be arranged statically, in particular on a carrier and / or on a target system, the sensor device in particular being movable relative to the magnet arrangement, in particular at least along the longitudinal axis.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass, die Sensoreinrichtung statisch anordenbar, insbesondere an einem Zielsystem befestigbar, bzw. befestigt ist, wobei insbesondere die Magnetanordnung relativ zu der Sensoreinrichtung, insbesondere wenigstens entlang der Längsachse, bewegbar ist. In further preferred embodiments it is provided that the sensor device can be statically arranged, in particular fastened or fastened to a target system, wherein in particular the magnet arrangement is movable relative to the sensor device, in particular at least along the longitudinal axis.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung, insbesondere wenigstens entlang der Längsachse, bewegbar, ist, wobei die Sensoreinrichtung ebenfalls, insbesondere wenigstens entlang der Längsachse, relativ zu der Magnetanordnung bewegbar ist. In further preferred embodiments it is provided that the magnet arrangement is movable, in particular at least along the longitudinal axis, the sensor device likewise being movable relative to the magnet arrangement, in particular at least along the longitudinal axis.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Vorrichtung, insbesondere Sensorvorrichtung, aufweisend einen im wesentlichen hohlzylindrischen Träger mit einer Längsachse, eine, vorzugsweise radial innerhalb des Trägers angeordnete, sich entlang der Längsachse erstreckende Magnetanordnung zur Erzeugung eines Magnetfelds, die so ausgebildet ist, dass sie das Magnetfeld mit wenigstens einer ersten sich entlang der Längsachse ändernden radialen Magnetfeldkomponente erzeugt, und eine, vorzugsweise radial innerhalb der Magnetanordnung und, entlang der Längsachse, insbesondere hin- und her-, bewegbar angeordnete magnetische Sensoreinrichtung, die einen ersten magnetischen Sensor und einen zweiten magnetischen Sensor aufweist. Further preferred embodiments relate to a device, in particular a sensor device, having an essentially hollow cylindrical carrier with a longitudinal axis, a magnet arrangement, preferably arranged radially inside the carrier, extending along the longitudinal axis for generating a magnetic field, which is designed so that it Magnetic field with at least one first radial magnetic field component that changes along the longitudinal axis is generated, and one, preferably radially inside the magnet arrangement and, along the longitudinal axis, in particular to and fro, movably arranged magnetic sensor device, which has a first magnetic sensor and a second magnetic sensor having.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der erste magnetische Sensor einen ersten Sensortyp aufweist, wobei der zweite magnetische Sensor einen zweiten Sensortyp aufweist, der von dem ersten Sensortyp verschieden ist. Dadurch sind weitere Freiheitsgrade zur Ermittlung der wenigstens einer ersten sich entlang der Längsachse ändernden radialen Magnetfeldkomponente gegeben. In further preferred embodiments it is provided that the first magnetic sensor has a first type of sensor, the second magnetic sensor having a second type of sensor which is different from the first type of sensor. This gives further degrees of freedom for determining the at least one first radial magnetic field component that changes along the longitudinal axis.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung so ausgebildet ist, dass sie das Magnetfeld mit der wenigstens einen ersten sich entlang der Längsachse ändernden radialen Magnetfeldkomponente und einer zweiten sich entlang der Längsachse ändernden radialen In further preferred embodiments it is provided that the magnet arrangement is designed such that it generates the magnetic field with the at least one first radial magnetic field component changing along the longitudinal axis and a second radial magnetic field component changing along the longitudinal axis
Magnetfeldkomponente erzeugt, die vorzugsweise senkrecht ist zu der ersten radialen Magnetic field component generated, which is preferably perpendicular to the first radial
Magnetfeldkomponente. Dadurch werden vorteilhaft zwei, insbesondere zueinander senkrechte, radiale Magnetfeldkomponenten bereitgestellt, die sich entlang der Längsachse des Trägers ändern und somit z.B. vorteilhaft eine effiziente Ermittlung einer Position der Sensoreinrichtung ermöglichen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste radiale Magnetfeldkomponente und/oder die zweite radiale Magnetfeldkomponente sich zumindest bereichsweise entlang der Längsachse sinusförmig oder cosinusförmig ändert. Dadurch ist eine besonders präzise Positionsbestimmung der Sensoreinrichtung ermöglicht. Magnetic field component. As a result, two, in particular mutually perpendicular, radial magnetic field components are advantageously provided which change along the longitudinal axis of the carrier and thus advantageously enable, for example, an efficient determination of a position of the sensor device. In further preferred embodiments it is provided that the first radial magnetic field component and / or the second radial magnetic field component change at least in regions along the longitudinal axis in a sinusoidal or cosinusoidal manner. This enables a particularly precise determination of the position of the sensor device.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste radiale Magnetfeldkomponente und/oder die zweite radiale Magnetfeldkomponente sich zumindest bereichsweise entlang der Längsachse nicht-sinusförmig oder nicht-cosinusförmig ändert, beispielsweise jeweils linear, optional auch mit unterschiedlicher Steigung. Dadurch ist ebenfalls eine besonders präzise Positionsbestimmung der Sensoreinrichtung ermöglicht. In further preferred embodiments it is provided that the first radial magnetic field component and / or the second radial magnetic field component change at least in areas along the longitudinal axis in a non-sinusoidal or non-cosinusoidal manner, for example in each case linearly, optionally also with a different gradient. This also enables a particularly precise determination of the position of the sensor device.
Bei weiteren Ausführungsformen sind auch Kombinationen aus wenigstens einem (co)sinusförmigen Verlauf der ersten radialen Magnetfeldkomponente und einem nicht (co)si nusförmigen (z.B. linearen) Verlauf der zweiten radialen Magnetfeldkomponente denkbar. In further embodiments, combinations of at least one (co) sinusoidal course of the first radial magnetic field component and a non (co) sinusoidal (e.g. linear) course of the second radial magnetic field component are also conceivable.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste radiale Magnetfeldkomponente und/oder die zweite radiale Magnetfeldkomponente sich zumindest bereichsweise entlang der Längsachse zumindest in etwa linear ändert. In further preferred embodiments it is provided that the first radial magnetic field component and / or the second radial magnetic field component change at least in some areas along the longitudinal axis, at least approximately linearly.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung an einer radialen Innenoberfläche des Trägers angeordnet ist, wobei insbesondere die Magnetanordnung die radiale Innenoberfläche des Trägers zu wenigstens etwa 40 Prozent bedeckt, weiter insbesondere zu wenigstens etwa 90 Prozent, besonders bevorzugt zu wenigstens etwa 95 Prozent. In further preferred embodiments it is provided that the magnet arrangement is arranged on a radial inner surface of the carrier, the magnet arrangement in particular covering the radial inner surface of the carrier to at least about 40 percent, further in particular to at least about 90 percent, particularly preferably at least about 95 percent .
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung ein In further preferred embodiments it is provided that the magnet arrangement is a
magnetisierbares bzw. magnetisiertes Material aufweist, das entlang der Längsachse so, insbesondere unterschiedlich, magnetisiert ist, dass sich die sich entlang der Längsachse ändernde erste und/oder zweite radiale Magnetfeldkomponente ergibt. has magnetizable or magnetized material which is magnetized along the longitudinal axis, in particular differently, so that the first and / or second radial magnetic field component, which changes along the longitudinal axis, results.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung wenigstens ein Magnetelement mit einer im Wesentlichen bandförmigen Grundform aufweist. Beispielsweise kann die im Wesentlichen bandförmige Grundform einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einer Länge und einer Breite aufweisen, wobei die Breite größer ist als die Länge, wobei insbesondere die Breite wenigstens doppelt so groß ist wie die Länge. In further preferred embodiments it is provided that the magnet arrangement has at least one magnet element with an essentially band-shaped basic shape. For example, the essentially band-shaped basic shape can have an essentially rectangular cross section with a length and a width, the width being greater than the length, in particular the width being at least twice as large as the length.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Magnetelement zumindest in etwa helixförmig entlang einer bzw. der radialen Innenoberfläche des Trägers angeordnet ist. In further preferred embodiments it is provided that the at least one magnetic element is arranged at least approximately helically along one or the radial inner surface of the carrier.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Magnetelemente zumindest in etwa helixförmig entlang einer bzw. der radialen Innenoberfläche des Trägers angeordnet sind. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Magnetelement zumindest in etwa parallel zu der Längsachse des Trägers angeordnet ist. In further preferred embodiments it is provided that at least two magnet elements are arranged at least approximately helically along one or the radial inner surface of the carrier. In further preferred embodiments it is provided that the at least one magnetic element is arranged at least approximately parallel to the longitudinal axis of the carrier.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Magnetelemente zumindest in etwa parallel zu der Längsachse des Trägers angeordnet sind. In further preferred embodiments it is provided that at least two magnet elements are arranged at least approximately parallel to the longitudinal axis of the carrier.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Träger ein Material und/oder eine Beschichtung mit einem Material aufweist, das eine relative Permeabilität von etwa 100 oder mehr aufweist, insbesondere von etwa 1000 oder mehr, weiter insbesondere von etwa 2000 oder mehr. In further preferred embodiments it is provided that the carrier has a material and / or a coating with a material that has a relative permeability of about 100 or more, in particular of about 1000 or more, more particularly of about 2000 or more.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der erste magnetische Sensor und der zweite magnetische Sensor beide im Bereich der Längsachse, insbesondere auf der Längsachse oder auf einer virtuellen Geraden, die parallel zu der Längsachse ist, angeordnet sind. In further preferred embodiments it is provided that the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are both arranged in the region of the longitudinal axis, in particular on the longitudinal axis or on a virtual straight line that is parallel to the longitudinal axis.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der erste magnetische Sensor und der zweite magnetische Sensor hintereinander auf der Längsachse angeordnet sind. In further preferred embodiments it is provided that the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are arranged one behind the other on the longitudinal axis.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der erste magnetische Sensor ein magnetischer Umdrehungszähler ist, der insbesondere dazu ausgebildet ist, ein ganzzahliges Vielfaches einer relativen Umdrehung des magnetische Sensors in Bezug auf die wenigstens eine erste radiale Magnetfeldkomponente zu ermitteln. In further preferred embodiments it is provided that the first magnetic sensor is a magnetic revolution counter, which is designed in particular to determine an integral multiple of a relative revolution of the magnetic sensor with respect to the at least one first radial magnetic field component.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der zweite magnetische Sensor ein Hall- Sensor ist, der insbesondere dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine erste radiale Magnetfeldkomponente zu ermitteln, wobei weiter insbesondere der zweite magnetische Sensor dazu ausgebildet ist, die erste radiale Magnetfeldkomponente und die zweite radiale Magnetfeldkomponente zu ermitteln. In further preferred embodiments it is provided that the second magnetic sensor is a Hall sensor, which is designed in particular to determine the at least one first radial magnetic field component, the second magnetic sensor in particular being designed to detect the first radial magnetic field component and the to determine the second radial magnetic field component.
Bei weiteren Ausführungsformen können jedoch auch zwei magnetische Sensoren vom Hall-Sensor-Typ vorgesehen sein. In further embodiments, however, two magnetic sensors of the Hall sensor type can also be provided.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, Ausgangssignale des ersten und zweiten magnetischen Sensors auszuwerten. In further preferred embodiments it is provided that an evaluation unit is provided which is designed to evaluate output signals from the first and second magnetic sensors.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, eine Position der Sensoreinrichtung in Bezug auf eine der Längsachse entsprechende Koordinate des Magnetelements und/oder eines bzw. des Trägers zu ermitteln. In further preferred embodiments it is provided that the evaluation unit is designed to determine a position of the sensor device in relation to a coordinate of the magnetic element and / or one or the carrier that corresponds to the longitudinal axis.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der als magnetischer Umdrehungszähler ausgebildete erste magnetische Sensor die folgende Konfiguration aufweist, die nachfolgend auch als „Umdrehungszähler Typ 1" bezeichnet wird: wenigstens ein Sensorelement mit einem Schichtaufbau, der ohne eine Energieversorgung dazu geeignet ist, in dem Sensorelement eine Veränderung der Magnetisierung hervorzurufen, wenn ein magnetisches Feld an dem Sensorelement vorbeibewegt wird, sowie mehrere derartige Veränderungen zu speichern, wobei das Sensorelement ein spiralförmiges Gebilde aufweist, das mit dem Schichtaufbau versehen ist. In further preferred embodiments it is provided that the first magnetic sensor, designed as a magnetic revolution counter, has the following configuration, which is also referred to below as "revolution counter type 1": at least one sensor element with a layer structure that is suitable for this purpose without an energy supply Cause sensor element a change in magnetization when a magnetic field is moved past the sensor element, as well as several to store such changes, wherein the sensor element has a spiral structure which is provided with the layer structure.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass in dem spiralförmigen Gebilde eine 180- Grad-Wand entsteht, wenn ein magnetisches Feld an dem Sensorelement vorbeibewegt wird. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mehrere 180-Grad-Wände in dem spiralförmigen Gebilde speicherbar sind. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein Ende des spiralförmigen Gebildes mit einem als Wandgenerator bezeichneten Bereich verbunden ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Wandgenerator als etwa kreisförmige Fläche ausgebildet ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Wandgenerator mit einem ersten elektrischen Kontakt verbunden ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das andere Ende des spiralförmigen Gebildes mit einem zweiten elektrischen Kontakt verbunden ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das andere Ende des spiralförmigen Gebildes spitz ausläuft. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das spiralförmige Gebilde einen Schichtaufbau mit aufeinanderfolgend mindestens einer weichmagnetischen Schicht, mindestens einer unmagnetischen Schicht und mindestens einer hartmagnetischen Schicht besitzt. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die weichmagnetische Schicht eine Sensorschicht darstellt, in der die Magnetisierung durch das Vorbeibewegen eines magnetischen Feldes verändert wird, und dass die hartmagnetische Schicht eine Referenzschicht darstellt, in der die In further preferred embodiments it is provided that a 180-degree wall is created in the spiral structure when a magnetic field is moved past the sensor element. In further preferred embodiments it is provided that several 180 degree walls can be stored in the spiral structure. In further preferred embodiments it is provided that one end of the spiral structure is connected to an area called a wall generator. In further preferred embodiments it is provided that the wall generator is designed as an approximately circular area. In further preferred embodiments it is provided that the wall generator is connected to a first electrical contact. In further preferred embodiments it is provided that the other end of the spiral structure is connected to a second electrical contact. In further preferred embodiments it is provided that the other end of the spiral structure tapers to a point. In further preferred embodiments it is provided that the spiral structure has a layer structure with at least one soft magnetic layer, at least one non-magnetic layer and at least one hard magnetic layer in succession. In further preferred embodiments it is provided that the soft magnetic layer represents a sensor layer in which the magnetization is changed by the passing of a magnetic field, and that the hard magnetic layer represents a reference layer in which the
Magnetisierung durch das Vorbeibewegen eines magnetischen Feldes nicht verändert wird. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine antiparallele Magnetisierung in einem Bereich des spiralförmigen Gebildes einen erhöhten elektrischen Widerstand in diesem Bereich bewirkt. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Magnetisierung der Referenzschicht eine Magnetization is not changed by moving a magnetic field past. In further preferred embodiments, it is provided that an antiparallel magnetization in a region of the spiral structure causes an increased electrical resistance in this region. In further preferred embodiments it is provided that the magnetization of the reference layer is a
Orientierung etwa parallel zu dem Verlauf des spiralförmigen Gebildes und immer in dieselbe Richtung des spiralförmigen Gebildes aufweist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das spiralförmige Gebilde mehrere zueinander etwa parallel verlaufende Geradenstücke aufweist, und dass die Magnetisierung der Referenzschicht eine Orientierung aufweist, die etwa parallel zu den Geradenstücken ausgerichtet ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das spiralförmige Gebilde eine Doppelspirale darstellt, wobei eine der beiden Spiralen zur elektrischen Kontaktierung vorgesehen ist.Orientation approximately parallel to the course of the spiral structure and always in the same direction of the spiral structure. In further preferred embodiments it is provided that the spiral structure has several straight sections running approximately parallel to one another, and that the magnetization of the reference layer has an orientation which is oriented approximately parallel to the straight sections. In further preferred embodiments it is provided that the spiral structure represents a double spiral, one of the two spirals being provided for electrical contacting.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das spiralförmige Gebilde In further preferred embodiments it is provided that the spiral structure
halbkreisförmige Stücke und Geradenstücke aufweist, und dass die halbkreisförmigen Stücke having semicircular pieces and straight pieces, and that the semicircular pieces
kurzgeschlossen sind und eine elektrische Kontaktierung bilden. Bei weiteren bevorzugten are short-circuited and form an electrical contact. With other preferred
Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das spiralförmige Gebilde halbkreisförmige Stücke und Embodiments are provided that the spiral structure semicircular pieces and
Geradenstücke aufweist, und dass die Geradenstücke separat kontaktiert sind. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der als magnetischer Umdrehungszähler ausgebildete erste magnetische Sensor die folgende Konfiguration aufweist, die nachfolgend auch als „Umdrehungszähler Typ 2" bezeichnet wird: eine mit N Windungen versehene schleifenartige Anordnung, aufweisend einen GMR-Schichtstapel, in den magnetische 180°-Domänen einbring-, Speicher- und -durch Messung des elektrischen Widerstands auslesbar sind, wobei gestreckt ausgeführte Schleifenabschnitte in einem vorgebbaren Winkel zur im Sensor eingeprägten Referenzrichtung vorgesehen sind, die, bevorzugt mittig, mit, mit einem elektrischen Potential beaufschlagbaren Kontakten versehen sind, die seriell oder parallel zur Auslesung elektrischer Widerstandsverhältnisse einzelner Schleifenabschnitte zu weiteren, in Krümmungsbereichen der schleifenartigen Anordnung vorgesehenen Einzelkontakten dienen, wobei insbesondere die ermittelten Widerstandsverhältnisse ein direktes Maß für die Anwesenheit oder Has straight sections, and that the straight sections are contacted separately. In further preferred embodiments, it is provided that the first magnetic sensor, designed as a magnetic revolution counter, has the following configuration, which is also referred to below as "revolution counter type 2": a loop-like arrangement with N windings, having a GMR layer stack, in the magnetic 180 ° domains can be introduced, stored and read out by measuring the electrical resistance, with stretched loop sections being provided at a predeterminable angle to the reference direction imprinted in the sensor, which are provided, preferably in the center, with contacts that can be acted upon by an electrical potential , which are used in series or parallel to read electrical resistance ratios of individual loop sections to further individual contacts provided in the curved areas of the loop-like arrangement, with the determined resistance ratios in particular being a direct measure of the presence or
Nichtanwesenheit einer magnetischen Domäne im entsprechenden Schleifenabschnitt und damit eine eindeutige Aussage über die Anzahl erfolgter Umdrehungen liefern. Bei weiteren bevorzugten The absence of a magnetic domain in the corresponding loop section and thus provide a clear statement about the number of rotations that have taken place. With other preferred
Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Längserstreckungsausrichtung gestreckt ausgeführter Schleifenabschnitte parallel zur Referenzrichtung im Sensor erfolgt, die gestreckten ersten Embodiments provide that the longitudinal extension alignment of stretched loop sections is carried out parallel to the reference direction in the sensor, the stretched first
Schleifenabschnitte von einem ersten gemeinsamen, mit auf den Schleifenabschnitten mittig angeordneten ersten Kontakt und die gegenüberliegenden gestreckten zweiten Schleifenabschnitte von einem ebenfalls mittig angeordneten zweiten Kontakt erfasst sind, wobei zwischen diesen Kontakten ein elektrisches Potential angelegt ist und die serielle oder parallele Auslesung der elektrischen Widerstandsverhältnisse von Loop sections are covered by a first common first contact arranged centrally on the loop sections and the opposing stretched second loop sections are also covered by a centrally arranged second contact, an electrical potential being applied between these contacts and the serial or parallel reading of the electrical resistance ratios of
Schleifenabschnitten zu weiteren zumindest einseitig in einem Krümmungsbereich der Schleifen vorgesehenen Einzel kontakten erfolgt. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Längserstreckungsausrichtung gestreckt ausgeführter benachbarter Schleifenabschnitte in einem Winkel, in der betragsmäßigen Größenordnung von 45° zur Referenzrichtung im Sensor, verläuft und bevorzugt mittig in genannten gestreckten benachbarten Schleifenabschnitten mit einem elektrischen Potential beaufschlagbare Kontakte vorgesehen sind, die seriell oder parallel die Auslesung der elektrischen Widerstandsverhältnisse einzelner Schleifenabschnitte zu weiteren in Krümmungsbereichen der Schleifenabschnitte vorgesehenen Einzelkontakten ermöglichen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die gesamte schleifenartige Anordnung in Draufsicht rautenförmig ausgebildet ist, wobei in gegenüberliegenden Rautenecken die mit einem elektrischen Potential beaufschlagbaren Kontakte vorgesehen sind und in den jeweils verbleibenden Rautenecken die zur separaten Widerstandsverhältnismessung vorgesehenen Einzelkontakte angeordnet sind. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die rautenförmige Ausbildung der schleifenartigen Anordnung derart erfolgt, dass benachbarte Rautenschenkel einen Winkel von 90° einschließen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die rautenförmige Ausbildung der schleifenartigen Anordnung derart erfolgt, dass die Rauten verzerrt so ausgeführt sind, dass jeweils gegenüberliegende Rautenecken einen stumpfen, respektive spitzen Winkel einschließen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die mit einem elektrischen Potential beaufschlagbaren Kontakte in sich strukturiert und jeden Schleifenabschnitt, dem sie zugeordnet sind, elektrisch getrennt kontaktieren. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass alle vorgesehenen elektrischen Kontaktierungen flächenmäßig so groß ausgeführt sind, dass zwischen benachbarten Kontaktierungen verbleibende unkontaktierte Schleifenabschnitte aller Schleifen die gleiche Länge aufweisen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zusätzlich zur schleifenartigen Anordnung separierte einzelne, nicht ummagnetisierbare Streifenabschnitte vorgesehen sind, die jeweils parallel zu benachbarten, geschlossenen Schleifenabschnitten angeordnet sind. Loop sections to further individual contacts provided at least on one side in a region of curvature of the loops takes place. In further preferred embodiments, it is provided that the longitudinal extension alignment of stretched adjacent loop sections runs at an angle in the order of magnitude of 45 ° to the reference direction in the sensor and preferably in the middle of said stretched neighboring loop sections are provided with an electrical potential to which contacts can be applied in series or enable the reading of the electrical resistance ratios of individual loop sections to further individual contacts provided in the areas of curvature of the loop sections. In further preferred embodiments, it is provided that the entire loop-like arrangement is diamond-shaped in plan view, with the contacts that can be subjected to an electrical potential being provided in opposite diamond corners and the individual contacts provided for separate resistance ratio measurement being arranged in the remaining diamond corners. In further preferred embodiments it is provided that the diamond-shaped design of the loop-like arrangement takes place in such a way that adjacent diamond legs enclose an angle of 90 °. In further preferred embodiments it is provided that the diamond-shaped design of the loop-like arrangement takes place in such a way that the rhombuses are designed in a distorted manner such that opposite diamond corners enclose an obtuse or acute angle. In further preferred embodiments it is provided that the with an electrical Contacts that can be acted upon by potential are structured in themselves and each loop section to which they are assigned is electrically separated. In further preferred embodiments, it is provided that all electrical contacts provided are designed so large in terms of area that uncontacted loop sections of all loops remaining between adjacent contacts have the same length. In further preferred embodiments it is provided that, in addition to the loop-like arrangement, separate, non-magnetizable strip sections are provided, which are each arranged parallel to adjacent, closed loop sections.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung, insbesondere Sensorvorrichtung, aufweisend eine sich entlang einer Längsachse erstreckende Further preferred embodiments relate to a method for operating a device, in particular a sensor device, having a device that extends along a longitudinal axis
Magnetanordnung zur Erzeugung eines Magnetfelds, die so ausgebildet ist, dass sie das Magnetfeld mit wenigstens einer ersten sich entlang der Längsachse ändernden radialen Magnetfeldkomponente erzeugt, und eine relativ zu der Magnetanordnung entlang der Längsachse bewegbar angeordnete magnetische Sensoreinrichtung, die einen ersten magnetischen Sensor und einen zweiten magnetischen Sensor aufweist, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Bewegen der Sensoreinrichtung entlang der Längsachse relativ zu der Magnetanordnung. Magnet arrangement for generating a magnetic field, which is designed so that it generates the magnetic field with at least one first radial magnetic field component changing along the longitudinal axis, and a magnetic sensor device which is movably arranged relative to the magnet arrangement along the longitudinal axis and has a first magnetic sensor and a second having a magnetic sensor, the method comprising the following step: moving the sensor device along the longitudinal axis relative to the magnet arrangement.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Schritt des Bewegens aufweist: a) Fixieren (ortsfest machen bzw. halten) der Magnetanordnung und Bewegen der Sensoreinrichtung relativ zu der Magnetanordnung entlang der Längsachse, b) Fixieren der Sensoreinrichtung und Bewegen der Magnetanordnung relativ zu der Sensoreinrichtung entlang der Längsachse, c) Bewegen der In further preferred embodiments it is provided that the step of moving comprises: a) fixing (fixing or holding) the magnet arrangement and moving the sensor device relative to the magnet arrangement along the longitudinal axis, b) fixing the sensor device and moving the magnet arrangement relative to the Sensor device along the longitudinal axis, c) moving the
Magnetanordnung und Bewegen der Sensoreinrichtung relativ zueinander entlang der Längsachse. Magnet arrangement and moving the sensor device relative to one another along the longitudinal axis.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Auswerteeinheit aufweist, die Ausgangssignale des ersten und zweiten magnetischen Sensors auswertet. In further preferred embodiments, it is provided that the device has an evaluation unit which evaluates output signals from the first and second magnetic sensors.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit eine, insbesondere relative, Position der Sensoreinrichtung in Bezug auf eine der Längsachse entsprechende Koordinate, insbesondere des Magnetelements und/oder des Trägers, in Abhängigkeit der Ausgangssignale des ersten und zweiten magnetischen Sensors ermittelt. In further preferred embodiments, it is provided that the evaluation unit determines an, in particular relative, position of the sensor device in relation to a coordinate corresponding to the longitudinal axis, in particular of the magnetic element and / or the carrier, depending on the output signals of the first and second magnetic sensors.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der erste magnetische Sensor und der zweite magnetische Sensor auf der Längsachse oder auf einer virtuellen Geraden, die parallel zu der Längsachse ist, angeordnet sind, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, einen axialen Versatz der beiden magnetischen Sensoren zueinander entlang der Längsachse zu berücksichtigen, insbesondere bei der Ermittlung der Position der Sensoreinrichtung zu berücksichtigen. In further preferred embodiments it is provided that the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are arranged on the longitudinal axis or on a virtual straight line that is parallel to the longitudinal axis, the evaluation unit being designed to provide an axial offset of the two magnetic sensors to take into account one another along the longitudinal axis, in particular to take into account when determining the position of the sensor device.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass als erster magnetischer Sensor ein magnetischer Umdrehungszähler verwendet wird, der insbesondere dazu ausgebildet ist, ein ganzzahliges Vielfaches einer relativen Umdrehung des magnetischen Sensors in Bezug auf die wenigstens eine erste radiale Magnetfeldkomponente zu ermitteln. In further preferred embodiments it is provided that a magnetic revolution counter is used as the first magnetic sensor, which is in particular designed to be an integer To determine a multiple of a relative rotation of the magnetic sensor in relation to the at least one first radial magnetic field component.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Umdrehungszähler aufweist: eine mit N Windungen versehene schleifenartige Anordnung, aufweisend einen GMR-Schichtstapel, in den magnetische 180°-Domänen einbring-, Speicher- und -durch Messung des elektrischen Widerstands auslesbar sind, wobei gestreckt ausgeführte Schleifenabschnitte in einem vorgebbaren Winkel zur im Sensor eingeprägten Referenzrichtung vorgesehen sind, die, bevorzugt mittig, mit, mit einem elektrischen Potential beaufschlagbaren Kontakten versehen sind, die seriell oder parallel zur Auslesung elektrischer In further preferred embodiments, it is provided that the revolution counter has: a loop-like arrangement provided with N windings, having a GMR layer stack, into which magnetic 180 ° domains can be introduced, stored and read out by measuring the electrical resistance, with stretched executed loop sections are provided at a predeterminable angle to the reference direction impressed in the sensor, which are provided, preferably in the center, with contacts to which an electrical potential can be applied, which are in series or parallel to the reading of electrical
Widerstandsverhältnisse einzelner Schleifenabschnitte zu weiteren, in Krümmungsbereichen der schleifenartigen Anordnung vorgesehenen Einzelkontakten dienen, wobei insbesondere die ermittelten Widerstandsverhältnisse ein direktes Maß für die Anwesenheit oder Nichtanwesenheit einer magnetischen Domäne im entsprechenden Schleifenabschnitt und damit eine eindeutige Aussage über die Anzahl erfolgter Umdrehungen liefern. Resistance ratios of individual loop sections to further individual contacts provided in the areas of curvature of the loop-like arrangement serve, with the determined resistance ratios in particular providing a direct measure of the presence or absence of a magnetic domain in the corresponding loop section and thus a clear statement about the number of revolutions that have taken place.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Umdrehungszähler aufweist: In further preferred embodiments it is provided that the revolution counter has:
wenigstens ein Sensorelement mit einem Schichtaufbau, der ohne eine Energieversorgung dazu geeignet ist, in dem Sensorelement eine Veränderung der Magnetisierung hervorzurufen, wenn ein magnetisches Feld an dem Sensorelement vorbeibewegt wird, sowie mehrere derartige Veränderungen zu speichern, wobei das Sensorelement ein spiralförmiges Gebilde aufweist, das mit dem Schichtaufbau versehen ist. At least one sensor element with a layer structure that is suitable without an energy supply to cause a change in the magnetization in the sensor element when a magnetic field is moved past the sensor element, as well as to store several such changes, the sensor element having a spiral structure which is provided with the layer structure.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass als zweiter magnetischer Sensor ein Hall- Sensor verwendet wird, der insbesondere dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine erste radiale In further preferred embodiments it is provided that a Hall sensor is used as the second magnetic sensor, which is designed in particular to have the at least one first radial
Magnetfeldkomponente zu ermitteln, wobei weiter insbesondere der zweite magnetische Sensor dazu ausgebildet ist, die erste radiale Magnetfeldkomponente und die zweite radiale Magnetfeldkomponente, die bevorzugt senkrecht ist zu der ersten radialen Magnetfeldkomponente, zu ermitteln. To determine magnetic field component, wherein the second magnetic sensor is further designed to determine the first radial magnetic field component and the second radial magnetic field component, which is preferably perpendicular to the first radial magnetic field component.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein System aufweisend ein bewegbares Element und wenigstens eine Vorrichtung gemäß den Ausführungsformen, wobei wenigstens eine Komponente der Magnetanordnung, insbesondere ein Magnetelement der Magnetanordnung, an dem bewegbaren Element angeordnet ist, und wobei insbesondere die magnetische Sensoreinrichtung ortsfest angeordnet ist. Further preferred embodiments relate to a system having a movable element and at least one device according to the embodiments, wherein at least one component of the magnet arrangement, in particular a magnetic element of the magnet arrangement, is arranged on the movable element, and in particular the magnetic sensor device is arranged in a stationary manner.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung der Vorrichtung gemäß den Ausführungsformen und/oder des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen und/oder des Systems gemäß den Ausführungsformen in einem Wegaufnehmer. Further preferred embodiments relate to a use of the device according to the embodiments and / or the method according to the embodiments and / or the system according to the embodiments in a displacement transducer.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Further features, possible applications and advantages of the invention emerge from the
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Schutzansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. The following description of exemplary embodiments of the invention, which are shown in the figures. All of the features described or shown form the by themselves or in any combination Subject matter of the invention, regardless of how they are summarized in the claims or their reference back, and regardless of their formulation or representation in the description or in the drawing.
In der Zeichnung zeigt: Figur 1 schematisch eine Vorrichtung gemäß bevorzugten Ausführungsformen in teilweisem Querschnitt mit Blick in Längsrichtung, The drawing shows: FIG. 1 schematically a device according to preferred embodiments in partial cross-section with a view in the longitudinal direction,
Figur 2 Details der Vorrichtung gemäß Figur 1 , Figure 2 details of the device according to Figure 1,
Figur 3 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Sensoreinrichtung gemäß weiteren bevorzugtenFIG. 3 schematically shows a simplified block diagram of a sensor device according to further preferred ones
Ausführungsformen, Figur 4A, Embodiments, Figure 4A,
4B, 4C jeweils Betriebsgrößen gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, 4B, 4C each operating parameters according to further preferred embodiments,
Figur 5, Figure 5,
6, 7 jeweils schematisch eine Vorrichtung gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen in 6, 7 each schematically shows a device according to further preferred embodiments in
teilweisem Querschnitt, Figur 8A, partial cross-section, Figure 8A,
8B, 8C jeweils schematisch eine Vorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in teilweisem Querschnitt, 8B, 8C each schematically shows a device according to a further preferred embodiment in partial cross section,
Figur 9 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Auswerteeinheit gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, Figur 10 bis 20 jeweils schematisch Aspekte eines Typs eines magnetischen Umdrehungszählers gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, FIG. 9 schematically shows a simplified block diagram of an evaluation unit according to further preferred embodiments, FIGS. 10 to 20 each schematically show aspects of a type of magnetic revolution counter according to further preferred embodiments,
Figur 21 bis 30b jeweils schematisch Aspekte eines weiteren Typs eines magnetischen Umdrehungszählers gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, Figur 31 schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, FIGS. 21 to 30b each show schematically aspects of a further type of magnetic revolution counter according to further preferred embodiments, FIG. 31 schematically shows a simplified flow diagram of a method according to further preferred embodiments,
Figur 32A schematisch eine Vorrichtung gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen in FIG. 32A schematically shows a device according to further preferred embodiments in FIG
teilweisem Querschnitt mit Blick in Längsrichtung, partial cross-section looking in the longitudinal direction,
Figur 32B schematisch eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß weiteren bevorzugten FIG. 32B schematically shows a side view of a device according to further preferred ones
Ausführungsformen, und Embodiments, and
Figur 32C schematisch eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß weiteren bevorzugten FIG. 32C schematically shows a side view of a device according to further preferred ones
Ausführungsformen. Embodiments.
Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 100 gemäß bevorzugten Ausführungsformen in teilweisem Querschnitt mit Blick in Längsrichtung. FIG. 1 shows schematically a device 100 according to preferred embodiments in partial cross section with a view in the longitudinal direction.
Die Vorrichtung 100 weist einen optionalen, vorliegend beispielhaft im wesentlichen hohlzylindrischen, Träger 110 auf mit einer Längsachse 112, die senkrecht zur Zeichenebene der Figur 1 ausgerichtet ist und insoweit der Koordinate z entspricht, während eine in Figur 1 horizontale Koordinate mit dem Bezugszeichen x und eine in Figur vertikale Koordinate mit dem Bezugszeichen y versehen ist. Die Vorrichtung 100 weist weiter eine, vorzugsweise radial innerhalb des optionalen Trägers 110 angeordnete, sich entlang der Längsachse 112 erstreckende Magnetanordnung 120 zur Erzeugung eines Magnetfelds auf, die so ausgebildet ist, dass sie das Magnetfeld mit wenigstens einer ersten sich entlang der Längsachse 112 (also entlang der z- Koordinate) ändernden radialen Magnetfeldkomponente Bx (radiale Magnetfeldkomponente entlang der Koordinate x) erzeugt. The device 100 has an optional, in the present example essentially hollow-cylindrical carrier 110 with a longitudinal axis 112, which is oriented perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1 and in this respect corresponds to the coordinate z, while a horizontal coordinate in FIG. 1 with the reference symbol x and a in the figure, the vertical coordinate is provided with the reference symbol y. The device 100 further has a magnet arrangement 120, preferably arranged radially inside the optional carrier 110, extending along the longitudinal axis 112, for generating a magnetic field, which is designed such that the magnetic field with at least a first one extends along the longitudinal axis 112 (ie generated along the z coordinate) changing radial magnetic field component Bx (radial magnetic field component along the coordinate x).
Bei weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsformen, die weiter unten z.B. unter Bezugnahme auf Figur 32 beschrieben sind, ist kein optionaler Träger 110 (Fig. 1) vorgesehen, und die Längsachse 112 entspricht z.B. i.w. der Längsachse der Magnetanordnung 120 bzw. einer hierzu parallelen virtuellen Geraden. In further, particularly preferred embodiments, which are described below e.g. As described with reference to Figure 32, no optional bracket 110 (Figure 1) is provided and the longitudinal axis 112 corresponds e.g. i.w. the longitudinal axis of the magnet arrangement 120 or a virtual straight line parallel thereto.
Weiter weist die Vorrichtung 100 gemäß Fig. 1, 2 eine, vorzugsweise radial innerhalb der Magnetanordnung 120 und, entlang der Längsachse 112, insbesondere hin- und her-, bewegbar angeordnete magnetische Sensoreinrichtung 130 auf, die in der Ansicht nach Fig. 2 abgebildet ist. Die Sensoreinrichtung 130 weist einen ersten magnetischen Sensor 131 und einen zweiten magnetischen Sensor 132 auf. Hierdurch ist eine besonders präzise Ermittlung der wenigstens einer ersten sich entlang der Längsachse 112 ändernden radialen Magnetfeldkomponente Bx ermöglicht. Die Sensoreinrichtung 130 ist bevorzugt mittels einer Gleitführung 130a, 130b entlang der Längsachse 112 des Trägers hin- und herbewegbar bzw. -verfahrbar angeordnet. Optional kann auch eine Schaltungsträgerplatte 134 vorgesehen sein, z.B. zur elektrischen Kontaktierung wenigstens einer Komponente der Sensoreinrichtung 130. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der erste magnetische Sensor 131 einen ersten Sensortyp aufweist, wobei der zweite magnetische Sensor 132 einen zweiten Sensortyp aufweist, der von dem ersten Sensortyp verschieden ist. Dadurch sind weitere Freiheitsgrade zur Ermittlung der wenigstens einer ersten sich entlang der Längsachse 112 ändernden radialen Magnetfeldkomponente Bx gegeben.Furthermore, the device 100 according to FIGS. 1, 2 has a magnetic sensor device 130, which is arranged preferably radially inside the magnet arrangement 120 and, in particular to move back and forth, along the longitudinal axis 112 and is shown in the view according to FIG. 2 . The sensor device 130 has a first magnetic sensor 131 and a second magnetic sensor 132. This enables a particularly precise determination of the at least one first radial magnetic field component Bx that changes along the longitudinal axis 112. The sensor device 130 is preferably arranged so that it can be moved back and forth along the longitudinal axis 112 of the carrier by means of a sliding guide 130a, 130b. Optionally, a circuit carrier plate 134 can also be provided, for example for making electrical contact with at least one component of the sensor device 130. In further preferred embodiments it is provided that the first magnetic sensor 131 has a first sensor type, the second magnetic sensor 132 having a second sensor type which is different from the first sensor type. This provides further degrees of freedom for determining the at least one first radial magnetic field component Bx that changes along the longitudinal axis 112.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung 120 so ausgebildet ist, dass sie das Magnetfeld mit der wenigstens einen ersten sich entlang der Längsachse 112 ändernden radialen Magnetfeldkomponente Bx und einer zweiten sich entlang der Längsachse 112 (gleichartig oder insbesondere andersartig) ändernden radialen Magnetfeldkomponente By (Fig. 1) erzeugt, die vorzugsweise senkrecht ist zu der ersten radialen Magnetfeldkomponente Bx. Dadurch werden vorteilhaft zwei, insbesondere zueinander senkrechte, radiale Magnetfeldkomponenten Bx, By bereitgestellt, die sich entlang der Längsachse 112 des Trägers 110 ändern und somit z.B. vorteilhaft eine effiziente Ermittlung einer Position der Sensoreinrichtung 130 ermöglichen. In further preferred embodiments, it is provided that the magnet arrangement 120 is designed such that it generates the magnetic field with the at least one first radial magnetic field component Bx changing along the longitudinal axis 112 and a second radial magnetic field component changing along the longitudinal axis 112 (similarly or in particular differently) By (Fig. 1) generated, which is preferably perpendicular to the first radial magnetic field component Bx. This advantageously provides two, in particular perpendicular, radial magnetic field components Bx, By which change along the longitudinal axis 112 of the carrier 110 and thus e.g. advantageously enable a position of the sensor device 130 to be determined efficiently.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste radiale Magnetfeldkomponente Bx und/oder die zweite radiale Magnetfeldkomponente By sich zumindest bereichsweise entlang der Längsachse 112 bzw. z-Koordinate nicht-sinusförmig oder nicht-cosinusförmig ändert, beispielsweise jeweils linear, optional auch mit unterschiedlicher Steigung. Dadurch ist eine besonders präzise Positionsbestimmung der Sensoreinrichtung 130 ermöglicht. In further preferred embodiments, it is provided that the first radial magnetic field component Bx and / or the second radial magnetic field component By changes at least in areas along the longitudinal axis 112 or z-coordinate non-sinusoidally or non-cosinusally, for example in each case linearly, optionally also with different ones Pitch. This enables a particularly precise determination of the position of the sensor device 130.
Figur 4A zeigt hierzu beispielhaft in Form der Kurve K1 (aufgetragen in einer beliebigen Einheit, z.B. FIG. 4A shows this in the form of curve K1 (plotted in any unit, e.g.
normierter Betrag der magnetischen Feldstärke als Funktion der Koordinate z) einen Verlauf der ersten radialen Magnetfeldkomponente Bx entlang der Längsachse 112 bzw. z-Koordinate des Trägers 110, also entlang einer Senkrechten zur Zeichenebene der Fig. 1. Wie zu erkennen ist, steigt die Kurve K1 linear von einem Minimalwert„0" bei der z-Koordinate zO auf einen Maximalwert„1" bei der z-Koordinate z1 an. normalized amount of the magnetic field strength as a function of the coordinate z) a course of the first radial magnetic field component Bx along the longitudinal axis 112 or z-coordinate of the carrier 110, that is, along a perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1. As can be seen, the curve rises K1 linearly from a minimum value “0” at the z-coordinate z0 to a maximum value “1” at the z-coordinate z1.
Kurve K2 gibt beispielhaft einen Verlauf der zweiten, optionalen radialen Magnetfeldkomponente By Curve K2 gives an example of a course of the second, optional radial magnetic field component By
(aufgetragen in einer beliebigen Einheit, z.B. normierter Betrag der magnetischen Feldstärke als Funktion der Koordinate z) entlang der z-Koordinate des Trägers 110 an. Wie zu erkennen ist, fällt die Kurve K2 linear von einem Maximalwert„1" bei der z-Koordinate zO auf einen Minimalwert„0" bei der z-Koordinate z1 ab. Durch Auswertung der ersten radialen Magnetfeldkomponente Bx und/oder der zweiten radialen (plotted in any unit, e.g. normalized amount of the magnetic field strength as a function of the z coordinate) along the z coordinate of the carrier 110. As can be seen, the curve K2 falls linearly from a maximum value “1” at the z coordinate z0 to a minimum value “0” at the z coordinate z1. By evaluating the first radial magnetic field component Bx and / or the second radial
Magnetfeldkomponente By mittels der beiden Sensoren 131 , 132 kann mittels der Sensoreinrichtung 130 (Fig. 2) vorteilhaft auf eine aktuelle Position„z" der Sensoreinrichtung 130 entlang der Koordinate z innerhalb des Trägers 110 geschlossen werden. Magnetic field component By by means of the two sensors 131, 132 can advantageously be inferred by means of the sensor device 130 (FIG. 2) as to a current position “z” of the sensor device 130 along the coordinate z within the carrier 110.
Figur 4B zeigt beispielhaft mögliche Verläufe der ersten radialen Magnetfeldkomponente Bx, vgl. Kurve K3, und der optionalen zweiten radialen Magnetfeldkomponente By, vgl. Kurve K4 entlang der Koordinate z. Wie zu erkennen ist, steigt die Kurve K3 linear von einem Minimalwert„0" bei der z-Koordinate z0‘ auf einen Maximalwert„1" bei der z-Koordinate z1‘ an. Demgegenüber steigt die Kurve K4 innerhalb desselben Intervalls (z0‘, z1‘) mehrfach linear von einem aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher bezeichneten Minimalwert auf einen ebenfalls nicht näher bezeichneten Maximalwert an. Kurve K4 allein ermöglicht demnach in dem betrachteten Intervall (z0‘, z1‘), das beispielsweise zumindest in etwa einer Länge des Trägers 110 entspricht, kein eindeutige Bestimmung der Position der Sensoreinrichtung 130. Unter FIG. 4B shows, by way of example, possible courses of the first radial magnetic field component Bx, cf. Curve K3, and the optional second radial magnetic field component By, cf. Curve K4 along the coordinate z. As can be seen, the curve K3 rises linearly from a minimum value “0” at the z coordinate z0 'to one Maximum value "1" at the z coordinate z1 '. In contrast, curve K4 rises linearly several times within the same interval (z0', z1 ') from a minimum value, which is not specified for reasons of clarity, to a maximum value, which is also not specified Accordingly, K4 alone does not allow an unambiguous determination of the position of the sensor device 130 in the observed interval (z0 ', z1'), which for example corresponds at least approximately to a length of the carrier 110
Berücksichtigung der Kurve K3 jedoch kann die Eindeutigkeit zumindest in dem betrachteten Intervall (z0‘, zT) hergestellt werden. Taking the curve K3 into account, however, the uniqueness can be established at least in the observed interval (z0 ‘, zT).
Bei weiteren Ausführungsformen ist auch denkbar, dass die Magnetfeldanordnung 120 so ausgebildet ist, dass wenigstens eine radiale Magnetfeldkomponente zumindest zeitweise (also zumindest abschnittsweise in einigen Bereichen entlang der z-Koordinate) negative Werte aufweisen kann. Dies ist vorliegend durch die weitere Koordinatenachse z‘ angedeutet, die in Bezug auf die Achse z gemäß Figur 4B vertikal verschoben ist. In further embodiments, it is also conceivable that the magnetic field arrangement 120 is designed such that at least one radial magnetic field component can have negative values at least temporarily (that is, at least in sections in some areas along the z coordinate). This is indicated in the present case by the further coordinate axis z ‘, which is shifted vertically in relation to the axis z according to FIG. 4B.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, vgl. Fig. 4C, ist vorgesehen, dass die erste radiale In further preferred embodiments, cf. Fig. 4C, it is provided that the first radial
Magnetfeldkomponente Bx und/oder die zweite radiale Magnetfeldkomponente By sich zumindest bereichsweise entlang der Längsachse 112 sinusförmig oder cosinusförmig ändert, vgl. die Kurven K5, K6. Dadurch ist ebenfalls eine besonders präzise Positionsbestimmung der Sensoreinrichtung 130 ermöglicht.Magnetic field component Bx and / or the second radial magnetic field component By changes at least in regions along the longitudinal axis 112 sinusoidally or cosinusoidally, cf. the curves K5, K6. A particularly precise determination of the position of the sensor device 130 is thereby also made possible.
Bei weiteren Ausführungsformen sind auch Kombinationen aus wenigstens einem (co)sinusförmigen Verlauf der ersten radialen Magnetfeldkomponente und einem nicht (co)si nusförmigen (z.B. linearen) Verlauf der zweiten radialen Magnetfeldkomponente denkbar. In further embodiments, combinations of at least one (co) sinusoidal course of the first radial magnetic field component and a non (co) sinusoidal (e.g. linear) course of the second radial magnetic field component are also conceivable.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung 120 (Fig. 1) an einer radialen Innenoberfläche 110a des Trägers 110 angeordnet ist, wobei insbesondere die In further preferred embodiments it is provided that the magnet arrangement 120 (FIG. 1) is arranged on a radial inner surface 110a of the carrier 110, in particular the
Magnetanordnung 120 die radiale Innenoberfläche 110a des Trägers zu wenigstens etwa 40 Prozent bedeckt, weiter insbesondere zu wenigstens etwa 90 Prozent, besonders bevorzugt zu wenigstens etwa 95 Prozent.Magnet arrangement 120 covers the radial inner surface 110a of the carrier to at least about 40 percent, further in particular to at least about 90 percent, particularly preferably to at least about 95 percent.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung 120 ein magnetisierbares bzw. magnetisiertes Material aufweist, das entlang der Längsachse 112 (entsprechend der Koordinate z) so, insbesondere unterschiedlich, magnetisiert ist, dass sich die sich entlang der Längsachse 112 ändernde erste und/oder zweite radiale Magnetfeldkomponente Bx, By, vgl. Fig. 4A, 4B, 4C ergibt. In further preferred embodiments, it is provided that the magnet arrangement 120 has a magnetizable or magnetized material that is magnetized along the longitudinal axis 112 (corresponding to the coordinate z), in particular differently, that the first and / or the changing along the longitudinal axis 112 or second radial magnetic field component Bx, By, cf. Figures 4A, 4B, 4C result.
Beispielsweise kann die Magnetanordnung 120 in Form einer Beschichtung der Innenoberfläche 110a vorgesehen sein, die nach ihrem Aufbringen auf die Innenoberfläche 110a des Trägers 110 in gewünschter Weise, vgl. z.B. Fig. 4A, 4B, 4C, magnetisiert wird. For example, the magnet arrangement 120 can be provided in the form of a coating on the inner surface 110a, which after it has been applied to the inner surface 110a of the carrier 110 in the desired manner, cf. e.g. 4A, 4B, 4C, is magnetized.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, vgl. Fig. 3, ist vorgesehen, dass der erste magnetische Sensor 131 und der zweite magnetische Sensor 132 beide im Bereich der Längsachse 112, insbesondere auf der Längsachse 112 oder einer hierzu parallelen virtuellen Geraden angeordnet sind, wodurch sich eine besonders präzise Ermittlung der Position z entlang der Längsachse 112 bzw. z-Koordinate ergibt. In further preferred embodiments, cf. Fig. 3, it is provided that the first magnetic sensor 131 and the second magnetic sensor 132 both in the area of the longitudinal axis 112, in particular on the Longitudinal axis 112 or a virtual straight line parallel thereto are arranged, which results in a particularly precise determination of the position z along the longitudinal axis 112 or z-coordinate.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der erste magnetische Sensor 131 und der zweite magnetische Sensor 132 hintereinander auf der Längsachse 112 bzw. der genannten virtuellen Geraden angeordnet sind, wodurch sich ein Versatz V entlang der Längsrichtung ergibt, der ggf. vorteilhaft bei der Auswertung von Ausgangssignalen der Sensoren 131 , 132 mittels einer optionalen Auswerteeinheit 136 berücksichtigt werden kann. In further preferred embodiments it is provided that the first magnetic sensor 131 and the second magnetic sensor 132 are arranged one behind the other on the longitudinal axis 112 or said virtual straight line, which results in an offset V along the longitudinal direction, which may be advantageous in the evaluation output signals of the sensors 131, 132 can be taken into account by means of an optional evaluation unit 136.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, vgl. die Vorrichtung 100a aus Fig. 5, ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung 120 wenigstens ein Magnetelement 122 mit einer im Wesentlichen bandförmigen Grundform aufweist. Das Magnetelement 122 ist zumindest in etwa parallel zu der Längsachse 112 des optionalen Trägers 110 angeordnet. Beispielsweise kann die im Wesentlichen bandförmige Grundform 122 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einer Länge (entlang der y-Koordinate aus Fig. 1) und einer Breite (entlang der x-Koordinate aus Fig. 1) aufweisen, wobei die Breite größer ist als die Länge, wobei insbesondere die Breite wenigstens doppelt so groß ist wie die Länge. Das Magnetelement 122 ist beispielsweise an der Innenoberfläche 110a angeordnet, z.B. in eine darin geformte Nut (nicht gezeigt) eingelegt. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann, ausgehend von der in Fig. 5 abgebildeten Konfiguration 100a, auch der optionale Träger 110 entfallen, wobei das Magnetelement 122 z.B. an einem Zielsystem, in das die Vorrichtung 100a einzubauen bzw. mit dem die Vorrichtung 100a zu verwenden ist, befestigbar bzw. befestigt ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das Magnetelement 122 ortsfest an dem Zielsystem fixiert bzw. angebracht sein, und die Sensoreinrichtung 130 ist relativ zu dem ortsfesten Magnetelement 122 (entlang der Längsachse 112) bewegbar ausgebildet. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann alternativ die Sensoreinrichtung 130 ortsfest, z.B. an dem Zielsystem (nicht in Fig. 5 gezeigt) fixiert bzw. angebracht sein, und das Magnetelement 122 ist (ggf. zusammen mit einer Komponente des Zielsystems) relativ zu der ortsfesten Sensoreinrichtung 130 (entlang der Längsachse 112) bewegbar ausgebildet. In further preferred embodiments, cf. the device 100a from FIG. 5, it is provided that the magnet arrangement 120 has at least one magnet element 122 with an essentially band-shaped basic shape. The magnetic element 122 is arranged at least approximately parallel to the longitudinal axis 112 of the optional carrier 110. For example, the essentially band-shaped basic shape 122 can have an essentially rectangular cross section with a length (along the y-coordinate from FIG. 1) and a width (along the x-coordinate from FIG. 1), the width being greater than that Length, in particular the width being at least twice as large as the length. The magnetic element 122 is arranged, for example, on the inner surface 110a, e.g. inserted into a groove (not shown) formed therein. In further preferred embodiments, based on the configuration 100a shown in FIG. 5, the optional carrier 110 can also be omitted, the magnetic element 122 e.g. to a target system in which the device 100a is to be built or with which the device 100a is to be used, can be or is fastened. In further preferred embodiments, the magnetic element 122 can be fixed or attached to the target system in a stationary manner, and the sensor device 130 is designed to be movable relative to the stationary magnetic element 122 (along the longitudinal axis 112). In further preferred embodiments, the sensor device 130 may alternatively be stationary, e.g. be fixed or attached to the target system (not shown in FIG. 5), and the magnetic element 122 (possibly together with a component of the target system) is designed to be movable relative to the stationary sensor device 130 (along the longitudinal axis 112).
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, vgl. die Vorrichtung 100b aus Fig. 6, sind zwei i.w. In further preferred embodiments, cf. the device 100b from Fig. 6 are two i.w.
bandförmige Magnetelemente 122a, 122b vorgesehen. Beide Magnetelemente 122a, 122b sind zumindest in etwa parallel zu der Längsachse 112 des Trägers 110 angeordnet. Bei weiteren bevorzugten band-shaped magnetic elements 122a, 122b are provided. Both magnet elements 122a, 122b are arranged at least approximately parallel to the longitudinal axis 112 of the carrier 110. With other preferred
Ausführungsformen kann, ausgehend von der in Fig. 6 abgebildeten Konfiguration 100b, auch der optionale Träger 110 entfallen, wobei für die Anbringung der Magnetelemente 122a, 122b z.B. an einem Zielsystem und/oder eine ortsfeste Anbringung bzw. individuelle Bewegbarkeit der Komponenten 122a, 122b, 130 das vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5 Gesagte entsprechend gilt. Embodiments, proceeding from the configuration 100b shown in FIG. 6, can also dispense with the optional carrier 110, wherein for attaching the magnetic elements 122a, 122b e.g. on a target system and / or a fixed attachment or individual mobility of the components 122a, 122b, 130, what was said above with reference to FIG. 5 applies accordingly.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, vgl. die Vorrichtung 100c aus Fig. 7, sind vier i.w. bandförmige Magnetelemente 122a, 122b, 122c, 122d vorgesehen. Vorliegend sind alle vier Magnetelemente 122a, 122b, 122c, 122d zumindest in etwa parallel zu der Längsachse 112 des Trägers 110 angeordnet. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann, ausgehend von der in Fig. 7 abgebildeten Konfiguration 100c, auch der optionale Träger 110 entfallen, wobei für die Anbringung der Magnetelemente 122a, 122b, 122c, 122d z.B. an einem Zielsystem und/oder eine ortsfeste Anbringung bzw. individuelle Bewegbarkeit der In further preferred embodiments, cf. the device 100c from FIG. 7, four essentially band-shaped magnetic elements 122a, 122b, 122c, 122d are provided. In the present case, all four magnetic elements 122a, 122b, 122c, 122d are arranged at least approximately parallel to the longitudinal axis 112 of the carrier 110. In further preferred embodiments, based on the configuration 100c shown in FIG. 7, the optional carrier 110 can also be omitted, whereby for the attachment of the magnetic elements 122a, 122b, 122c, 122d, for example, to a target system and / or a stationary attachment or individual Mobility of the
Komponenten 122a, 122b, 122c, 122d, 130 das vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5, 6 Gesagte entsprechend gilt. Components 122a, 122b, 122c, 122d, 130 what was said above with reference to FIGS. 5, 6 applies accordingly.
Vorteilhaft sind manche oder alle der jeweils vorgesehenen Magnetelemente der Fig. 5, 6, 7 so entlang der Längsrichtung 112 (z-Koordinate) magnetisiert, dass sich ein zu Fig. 4A und/oder Fig. 4B und/oder Fig. 4C entsprechender Verlauf wenigstens einer radialen Magnetfeldkomponente Bx, By (Fig. 1) entlang der Längsrichtung 112 (z-Koordinate) ergibt. Beispielsweise können die vier Magnetelemente 122a, 122b, 122c, 122d vorteilhaft so entlang ihrer Längsachse (und damit auch entlang der Längsachse 112 des optionalen Trägers 110) so magnetisiert sein, dass die radialen Magnetfeldkomponenten Bx, By (Fig. 1) entlang der Längsachse 112 des Trägers 110 den Verlauf entsprechend den Kurven K5, K6 nach Fig. 4C aufweisen. Some or all of the magnet elements of FIGS. 5, 6, 7 provided in each case are advantageously magnetized along the longitudinal direction 112 (z coordinate) in such a way that a course corresponding to FIG. 4A and / or FIG. 4B and / or FIG at least one radial magnetic field component Bx, By (FIG. 1) along the longitudinal direction 112 (z coordinate) results. For example, the four magnetic elements 122a, 122b, 122c, 122d can advantageously be magnetized along their longitudinal axis (and thus also along the longitudinal axis 112 of the optional carrier 110) in such a way that the radial magnetic field components Bx, By (FIG. 1) along the longitudinal axis 112 of the carrier 110 have the course corresponding to the curves K5, K6 according to FIG. 4C.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, vgl. die Vorrichtung 100d aus Fig. 8A, 8B, 8C, ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Magnetelement 122, 124 zumindest in etwa helixförmig entlang einer bzw. der radialen Innenoberfläche 110a des optionalen Trägers 110 angeordnet ist (also insbesondere nicht in etwa parallel zu der Längsachse 112, vgl. die Ausführungsformen nach Fig. 5, 6, 7). Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der optionale Träger 110 auch entfallen, wobei die Magnetelemente 122, 124 z.B. direkt in einem Zielsystem für die Vorrichtung 100d angeordnet bzw. gehalten sein können. Vorliegend sind beispielhaft zwei wiederum i.w. bandförmige Magnetelemente 122, 124 jeweils zumindest in etwa helixförmig an der Innenoberfläche 110a des Trägers 110 angeordnet, so dass sich für unterschiedliche Positionen z=z01 (Fig. 8A), z=z02 > z01 (Fig. 8B), z=z03 > z02 (Fig. 8C) die in den Fig. 8A, 8B, 8C gezeigten Querschnitte ergeben. Bei dieser Ausführungsform können die beiden i.w. bandförmige Magnetelemente 122, 124 beispielsweise auch entlang ihrer Länge eine i.w. konstante Magnetisierung aufweisen, da sich durch die zumindest in etwa helixförmige Anordnung in dem Träger 110 ein mit Bewegung entlang der z-Koordinate rotierendes Magnetfeld (insbesondere rotierende radiale Komponenten Bx, By) ergeben, die durch die Sensoreinrichtung 130 ermittelbar sind, wodurch vorteilhaft eine Position der Sensoreinrichtung 130 entlang der z-Koordinate bestimmt werden kann. In further preferred embodiments, cf. the device 100d from FIGS. 8A, 8B, 8C, it is provided that the at least one magnetic element 122, 124 is arranged at least approximately helically along one or the radial inner surface 110a of the optional carrier 110 (i.e. in particular not approximately parallel to the Longitudinal axis 112, see the embodiments according to FIGS. 5, 6, 7). In further preferred embodiments, the optional carrier 110 can also be omitted, the magnetic elements 122, 124 e.g. can be arranged or held directly in a target system for the device 100d. In the present case, two again i.w. band-shaped magnetic elements 122, 124 each arranged at least approximately helically on the inner surface 110a of the carrier 110, so that for different positions z = z01 (FIG. 8A), z = z02> z01 (FIG. 8B), z = z03> z02 (Fig. 8C) result in the cross sections shown in Figs. 8A, 8B, 8C. In this embodiment, the two i.w. band-shaped magnetic elements 122, 124 for example also along their length an i.w. Have constant magnetization, since the at least approximately helical arrangement in the carrier 110 results in a magnetic field rotating with movement along the z coordinate (in particular rotating radial components Bx, By) which can be determined by the sensor device 130, which advantageously defines a position of the sensor device 130 can be determined along the z coordinate.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Träger 110 ein Material und/oder eine Beschichtung mit einem Material aufweist, das eine relative Permeabilität von etwa 100 oder mehr aufweist, insbesondere von etwa 1000 oder mehr, weiter insbesondere von etwa 2000 oder mehr. Dadurch kann ein die Vorrichtung 100, 100a, 100b, 100c, 100d umgebender Außenraum i.w. frei von magnetischen Feldern der Magnetfeldanordnung 120 gehalten werden. Gleichzeitig ist durch diese Abschirmung ein präziser Betrieb der Sensoreinrichtung 130 ermöglicht. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der erste magnetische Sensor 131 (Fig.In further preferred embodiments it is provided that the carrier 110 has a material and / or a coating with a material which has a relative permeability of about 100 or more, in particular of about 1000 or more, further in particular of about 2000 or more. As a result, an outer space surrounding the device 100, 100a, 100b, 100c, 100d can be kept largely free of magnetic fields from the magnetic field arrangement 120. At the same time, this shielding enables precise operation of the sensor device 130. In further preferred embodiments it is provided that the first magnetic sensor 131 (Fig.
2) ein magnetischer Umdrehungszähler ist, der insbesondere dazu ausgebildet ist, ein ganzzahliges Vielfaches einer relativen Umdrehung des magnetische Sensors 131 in Bezug auf die wenigstens eine erste radiale Magnetfeldkomponente Bx (bzw. umgekehrt ein ganzzahliges Vielfaches einer relativen Umdrehung der ersten radialen Magnetfeldkomponente Bx in Bezug auf den ersten Sensor 131) zu ermitteln. Es ist zu beachten, dass der erste Sensor 131 bei bevorzugten Ausführungsformen (ebenso wie der zweite Sensor 132) nicht drehbar bezüglich des Trägers 110 oder einer sonstigen Komponente der Vorrichtung 100, 100a, 100b, 100c, 100d angeordnet ist, sondern allein mittels z.B. der Gleitführung 130a, 130b (Fig. 2) axial innerhalb des Trägers 110 entlang der Längsachse 112 bewegbar. Eine relative Drehung zwischen den beschriebenen radialen Magnetfeldkomponenten Bx, By bzw. einem (radialen) Summenvektor Bx+By hieraus und den Sensoren 131, 132 ergibt sich vorteilhaft allein durch die wie vorstehend beschriebene sich entlang der z-Koordinate ändernde Magnetisierung, vgl. z.B. Fig. 4A, 4B, 4C und/oder die i.w. helixförmige Anordnung der Magnetelemente 122, 124 (Fig. 8). Dadurch„erfährt" die Sensoreinrichtung 130 bei einer Bewegung entlang der Längsachse 112 eine entsprechende Änderung, z.B. Rotation, wenigstens eines Vektors Bx, By bzw. des Summenvektors Bx+By, die z.B. mittels der Auswerteeinheit 136 auswertbar ist, insbesondere um die Position der Sensoreinrichtung 130 entlang der Längsachse 112 zu ermitteln. 2) is a magnetic revolution counter, which is designed in particular to measure an integral multiple of a relative revolution of the magnetic sensor 131 with respect to the at least one first radial magnetic field component Bx (or, conversely, an integral multiple of a relative revolution of the first radial magnetic field component Bx with respect to to determine the first sensor 131). It should be noted that in preferred embodiments the first sensor 131 (as well as the second sensor 132) is not rotatably arranged with respect to the carrier 110 or any other component of the device 100, 100a, 100b, 100c, 100d, but only by the sliding guide 130a, 130b (FIG. 2) can be moved axially within the carrier 110 along the longitudinal axis 112. A relative rotation between the described radial magnetic field components Bx, By or a (radial) sum vector Bx + By therefrom and the sensors 131, 132 advantageously results solely from the magnetization that changes along the z coordinate as described above, cf. e.g. Fig. 4A, 4B, 4C and / or the i.w. helical arrangement of the magnetic elements 122, 124 (FIG. 8). As a result, when moving along the longitudinal axis 112, the sensor device 130 "experiences" a corresponding change, for example rotation, of at least one vector Bx, By or the sum vector Bx + By, which can be evaluated by the evaluation unit 136, in particular around the position of the sensor device 130 along the longitudinal axis 112 to be determined.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der zweite magnetische Sensor 132 ein Hall-Sensor ist, der insbesondere dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine erste radiale In further preferred embodiments it is provided that the second magnetic sensor 132 is a Hall sensor, which is designed in particular to include the at least one first radial
Magnetfeldkomponente Bx, By zu ermitteln, wobei weiter insbesondere der zweite magnetische Sensor 132 dazu ausgebildet ist, die erste radiale Magnetfeldkomponente Bx und die zweite radiale To determine the magnetic field component Bx, By, wherein the second magnetic sensor 132 in particular is further designed to detect the first radial magnetic field component Bx and the second radial
Magnetfeldkomponente By zu ermitteln. To determine magnetic field component By.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist bereits genannte Auswerteeinheit 136 (Fig. 3) vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, Ausgangssignale des ersten und zweiten magnetischen Sensors 131 , 132 auszuwerten, insbesondere um die Position der Sensoreinrichtung 130 entlang der Längsachse 112 zu ermitteln. In further preferred embodiments, the already mentioned evaluation unit 136 (FIG. 3) is provided, which is designed to evaluate output signals of the first and second magnetic sensors 131, 132, in particular to determine the position of the sensor device 130 along the longitudinal axis 112.
Durch die bei besonders bevorzugten Ausführungsformen vorgeschlagene Kombination eines magnetischen Umdrehungszählers (erster Sensor 131) mit einem Hall-Sensor 132 ist vorteilhaft eine besonders präzise Positionsermittlung durch die Sensoreinrichtung 130 ermöglicht, bei gleichzeitig vergleichsweise großem Messbereich. Beispielsweise kann der magnetische Umdrehungszähler (erster Sensor 131) ganze The combination of a magnetic revolution counter (first sensor 131) with a Hall sensor 132 proposed in particularly preferred embodiments advantageously enables particularly precise position determination by the sensor device 130 with a comparatively large measuring range at the same time. For example, the magnetic revolution counter (first sensor 131) can whole
Umdrehungen des radialen Magnetfeldvektors Bx+By ermitteln (z.B. entsprechend ganzer Perioden der sinusförmigen Kurve K5 aus Fig. 4C), und mittels des Hall-Sensors 132 ist eine genaue Position innerhalb der Rotationsperiode einer solchen Umdrehung des radialen Magnetfeldvektors Bx+By ermittelbar. Determine revolutions of the radial magnetic field vector Bx + By (e.g. corresponding to whole periods of the sinusoidal curve K5 from Fig. 4C), and by means of the Hall sensor 132 an exact position within the rotation period of such a revolution of the radial magnetic field vector Bx + By can be determined.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit 136 (Fig. 3) dazu ausgebildet ist, eine Position der Sensoreinrichtung 130 in Bezug auf eine der Längsachse 112 entsprechende Koordinate z des Trägers 110 zu ermitteln. Dadurch kann die Vorrichtung 100, 100a, 100b, 100c, 100d gemäß den Ausführungsformen vorteilhaft zur Bereitstellung eines Positionsgebers verwendet werden. In further preferred embodiments it is provided that the evaluation unit 136 (FIG. 3) is designed to determine a position of the sensor device 130 in relation to one of the longitudinal axis 112 to determine the corresponding coordinate z of the carrier 110. As a result, the device 100, 100a, 100b, 100c, 100d according to the embodiments can advantageously be used to provide a position transmitter.
Figur 9 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Ausführungsform der Auswerteeinheit 136. Die Auswerteeinheit 136 weist eine Recheneinheit 1002, z.B. einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor auf, und eine der Recheneinheit 1004 zugeordnete Speichereinheit 1004, die einen flüchtigen Speicher 1004a (z.B. einen Arbeitsspeicher, RAM) und/oder einen nicht-flüchtigen Speicher 1004b (z.B. Flash-EEPROM) aufweist. In der Speichereinheit 1004 kann wenigstens zeitweise wenigstens ein Computerprogramm PRG gespeichert sein, das einen Betrieb der Vorrichtung 100, 100a, .... 100d steuern kann, wenn es auf der Recheneinheit 1002 ausgeführt wird. Insbesondere kann das Computerprogramm PRG die Auswertung der Ausgangssignale der Sensoren 131 , 132 der Sensoreinrichtung 130 zum Gegenstand haben, z.B. um daraus die Position der Sensoreinrichtung 130 entlang der Längsachse 112 bzw. z-Koordinate zu ermitteln. FIG. 9 schematically shows a simplified block diagram of an embodiment of the evaluation unit 136. The evaluation unit 136 has a computing unit 1002, e.g. a microcontroller or microprocessor, and a memory unit 1004 assigned to the computing unit 1004, which has a volatile memory 1004a (e.g. a working memory, RAM) and / or a non-volatile memory 1004b (e.g. flash EEPROM). At least one computer program PRG, which can control an operation of the device 100, 100a,... 100d, when it is executed on the processing unit 1002, can be stored at least temporarily in the memory unit 1004. In particular, the computer program PRG can have the evaluation of the output signals of the sensors 131, 132 of the sensor device 130 as its object, e.g. in order to determine therefrom the position of the sensor device 130 along the longitudinal axis 112 or the z coordinate.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der gemäß weiterer besonders bevorzugter Ausführungsformen als magnetischer Umdrehungszähler ausgebildete erste magnetische Sensor 131 die folgende Konfiguration aufweist, die nachfolgend auch als„Umdrehungszähler Typ 1" bezeichnet wird: wenigstens ein Sensorelement mit einem Schichtaufbau, der ohne eine Energieversorgung dazu geeignet ist, in dem Sensorelement eine Veränderung der Magnetisierung hervorzurufen, wenn ein magnetisches Feld an dem Sensorelement vorbeibewegt wird, sowie mehrere derartige Veränderungen zu speichern, wobei das Sensorelement ein spiralförmiges Gebilde aufweist, das mit dem Schichtaufbau versehen ist. In further preferred embodiments it is provided that the first magnetic sensor 131, which is designed as a magnetic revolution counter according to further particularly preferred embodiments, has the following configuration, which is also referred to below as "revolution counter type 1": at least one sensor element with a layer structure that is without an energy supply is suitable for causing a change in the magnetization in the sensor element when a magnetic field is moved past the sensor element, as well as storing several such changes, the sensor element having a spiral structure provided with the layer structure.
Aspekte dieser Ausführungsformen sind nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 21 bis 30b beschrieben. Hierbei zeigt Figur 21 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Umdrehungszählers vom Typ 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Sensorelements, Figur 22 einen schematischen Querschnitt durch das Sensorelement der Figur 21 , Figur 23 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Sensorelement der Figur 21, Figuren 24a bis 24e schematische Draufsichten auf das Sensorelement der Figur 21 mit schematisch dargestellten Magnetisierungen, Figur 25 eine schematische Draufsicht auf das Sensorelement der Figur 21 mit schematisch dargestellten Veränderungen, Figur 26 eine schematische Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel des Sensorelements der Figur 21 , Figur 27 eine schematische Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel des Sensorelements der Figur 21 , Figur 28 eine schematische Draufsicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel des Sensorelements der Figur 21 , Figur 29 eine schematische Draufsicht auf ein fünftes Ausführungsbeispiel des Sensorelements der Figur 21, und Figuren 30a und 30b schematische Draufsichten zweier Wheatstone-Brücken, die mit Sensorelementen entsprechend dem Umdrehungszählers vom Typ 1 aufgebaut sind. In der Figur 21 ist ein Umdrehungszähler (Typ 1) 10 dargestellt, bei dem ein ortsfestes Sensorelement 11 einem Rotor 12 mit zwei Permanentmagneten 13, 14 zugeordnet ist. Es versteht sich, dass auch mehrere Sensorelemente vorhanden sein können, die beispielsweise in gleichen Abständen zueinander entlang des Umfangs des Rotors 12 angeordnet sind. Der Rotor 12 ist gemäß dem Pfeil 15 um eine Achse 16 in beide Richtungen drehbar. Die beiden Permanentmagnete 13, 14 drehen sich zusammen mit dem Rotor 12. Bei einer Drehung des Rotors 12 werden die magnetischen Felder der Permanentmagnete 13, 14 an dem Sensorelement 11 vorbeibewegt und von diesem erfasst. Die Permanentmagnete 13, 14 können dabei oberhalb oder unterhalb an dem Sensorelement 11 vorbeibewegt werden. Wesentlich ist, dass die magnetischen Felder der Permanentmagnete 13, 14 einen hinreichend großen, aber nicht zu starken Einfluss auf das Sensorelement 11 haben, insbesondere auf dessen nachfolgend anhand der Figur 22 erläuterten Schichten. Aspects of these embodiments are described below with reference to Figures 21-30b. Here, FIG. 21 shows a schematic plan view of an embodiment of a revolution counter of type 1 with a first embodiment of a sensor element, FIG. 22 shows a schematic cross section through the sensor element of FIG. 21, FIG. 23 shows a schematic plan view of the sensor element of FIG. 21, FIGS 24e schematic top views of the sensor element of FIG. 21 with schematically depicted magnetizations, FIG. 25 a schematic top view of the sensor element of FIG. 21 with schematically depicted changes, FIG. 26 a schematic top view of a second exemplary embodiment of the sensor element of FIG. 21, FIG. 27 a schematic top view of a third exemplary embodiment of the sensor element of FIG. 21, FIG. 28 a schematic top view of a fourth exemplary embodiment of the sensor element of FIG. 21, FIG. 29 a schematic top view of a fifth exemplary embodiment of the sensor element of FIG FIG. 21 and FIGS. 30a and 30b are schematic top views of two Wheatstone bridges, which are constructed with sensor elements corresponding to the type 1 revolution counter. In FIG. 21, a revolution counter (type 1) 10 is shown in which a stationary sensor element 11 is assigned to a rotor 12 with two permanent magnets 13, 14. It goes without saying that several sensor elements can also be present, which are arranged, for example, at equal distances from one another along the circumference of the rotor 12. The rotor 12 is rotatable about an axis 16 in both directions according to the arrow 15. The two permanent magnets 13, 14 rotate together with the rotor 12. When the rotor 12 rotates, the magnetic fields of the permanent magnets 13, 14 are moved past the sensor element 11 and detected by it. The permanent magnets 13, 14 can be moved past the sensor element 11 above or below. It is essential that the magnetic fields of the permanent magnets 13, 14 have a sufficiently large but not too strong influence on the sensor element 11, in particular on its layers explained below with reference to FIG.
Die Magnetisierung der beiden Permanentmagnete 13, 14 ist gegensinnig zueinander ausgerichtet. Dies bedeutet, dass bei einer Drehung des Rotors 12 in dieselbe Richtung der erste Permanentmagnet 13 zum Beispiel mit einer Nord-Süd-Orientierung an dem Sensorelement 11 vorbeibewegt wird, während der zweite Permanentmagnet 14 mit einer Süd-Nord-Orientierung an dem Sensorelement 11 vorbeibewegt wird. The magnetization of the two permanent magnets 13, 14 is aligned in opposite directions to one another. This means that when the rotor 12 rotates in the same direction, the first permanent magnet 13 is moved past the sensor element 11 with a north-south orientation, for example, while the second permanent magnet 14 moves past the sensor element 11 with a south-north orientation becomes.
Aus der Sicht des Sensorelements 11 hat das Vorbeibewegen beispielsweise des Permanentmagneten 13 folgende Wirkungen: Zuerst "sieht" das Sensorelement 11 die aus dem Nordpol des Permanentmagneten 13 etwa senkrecht austretenden magnetischen Feldlinien, dann "sieht" das Sensorelement 11 die von dem Nordpol zum Südpol etwa parallel verlaufenden magnetischen Feldlinien des Permanentmagneten 13, und schließlich "sieht" das Sensorelement 11 die in den Südpol des Permanentmagneten 13 etwa senkrecht wieder eintretenden magnetischen Feldlinien. Insgesamt stellt dies aus der Sicht des Sensorelements 11 eine Drehung der magnetischen Feldlinien des Permanentmagneten 13 um 180 Grad während des From the point of view of the sensor element 11, for example, the permanent magnet 13 moving past has the following effects: First, the sensor element 11 "sees" the magnetic field lines emerging approximately vertically from the north pole of the permanent magnet 13, then the sensor element 11 "sees" those from the north pole to the south pole parallel magnetic field lines of the permanent magnet 13, and finally the sensor element 11 "sees" the magnetic field lines re-entering the south pole of the permanent magnet 13 approximately perpendicularly. Overall, from the point of view of the sensor element 11, this represents a rotation of the magnetic field lines of the permanent magnet 13 by 180 degrees during the
Vorbeibewegens dar. Moving past.
Die beiden Permanentmagnete 13, 14 sind in der Figur 1 im Abstand von 180 Grad am Umfang des Rotors The two permanent magnets 13, 14 are in FIG. 1 at a distance of 180 degrees on the circumference of the rotor
12 angebracht. Dieser Abstand kann auch asymmetrisch vorgesehen sein. Beispielsweise können die beiden Permanentmagnete 13, 14 auch unmittelbar benachbart zueinander am Umfang des Rotors 12 angebracht sein. 12 attached. This distance can also be provided asymmetrically. For example, the two permanent magnets 13, 14 can also be attached directly adjacent to one another on the circumference of the rotor 12.
Der Umdrehungszähler 10 der Figur 21 ist zur berührungslosen Zählung und Speicherung von Umdrehungen des Rotors 10 durch das Sensorelement 11 vorgesehen. Diese Zählung und Speicherung erfordert dabei keine äußere Energieversorgung. Zum Auslesen der gespeicherten Umdrehungen kann zum Beispiel der Giant Magneto Resistance (GMR) Effekt oder der Tunnel Magneto Resistance (TMR) Effekt oder der Colossal Magneto Resistance (CMS) Effekt herangezogen werden. In der Figur 22 ist ein Schichtaufbau 20 des Sensorelements 11 dargestellt, der zum Auslesen der gespeicherten Umdrehungen den GMR Effekt verwendet. Eine weichmagnetische Schicht 21 wird durch eine dünne unmagnetische Schicht 22 von einer hartmagnetischen Schicht 23 getrennt. Eine antiferromagnetische Schicht 24 verstärkt die hartmagnetischen Eigenschaften der hartmagnetischen Schicht 23 im Sinne eines sogenannten "pinning". The revolution counter 10 of FIG. 21 is provided for the contactless counting and storage of revolutions of the rotor 10 by the sensor element 11. This counting and storage does not require an external energy supply. The Giant Magneto Resistance (GMR) effect or the Tunnel Magneto Resistance (TMR) effect or the Colossal Magneto Resistance (CMS) effect can be used to read out the stored revolutions. FIG. 22 shows a layer structure 20 of the sensor element 11 which uses the GMR effect to read out the stored revolutions. A soft magnetic layer 21 is separated from a hard magnetic layer 23 by a thin non-magnetic layer 22. An antiferromagnetic layer 24 reinforces the hard magnetic properties of the hard magnetic layer 23 in the sense of a so-called "pinning".
Letzteres hat zur Folge, dass die Magnetisierung in der hartmagnetischen Schicht 23 im Gegensatz zur Magnetisierung in der weichmagnetischen Schicht 21 nicht durch ein sich vorbeibewegendes magnetisches Feld eines der beiden Permanentmagneten 13, 14 verändert wird. Die weichmagnetische Schicht 21 stellt deshalb eine Sensorschicht und die hartmagnetische Schicht 23 eine Referenzschicht dar. The latter has the consequence that the magnetization in the hard magnetic layer 23, in contrast to the magnetization in the soft magnetic layer 21, is not changed by a magnetic field of one of the two permanent magnets 13, 14 moving past. The soft magnetic layer 21 therefore represents a sensor layer and the hard magnetic layer 23 a reference layer.
Auf der Schicht 24 befindet sich eine Kontaktierungsschicht 25, auf der ein erster Kontakt 26 vorgesehen ist. Wie noch erläutert wird, ist ein zweiter, in der Figur 22 nicht dargestellter Kontakt 27 an einer anderen Stelle des Sensorelements 11 vorhanden. Damit kann ein Messstrom zwischen den beiden Kontakten 26, 27 durch den Schichtaufbau 20 hindurchfließen. Wie ebenfalls noch erläutert wird, kann aus dem Messstrom auf die Anzahl der gespeicherten Umdrehungen geschlossen werden. On the layer 24 there is a contacting layer 25 on which a first contact 26 is provided. As will be explained below, a second contact 27, not shown in FIG. 22, is present at a different point on sensor element 11. A measuring current can thus flow through the layer structure 20 between the two contacts 26, 27. As will also be explained below, the number of stored revolutions can be deduced from the measurement current.
Die Kontaktierungsschicht 25 kann von einer Isolierschicht 28 abgedeckt sein. Zum Zwecke des The contact-making layer 25 can be covered by an insulating layer 28. For the purpose of
Kontaktierens sind die Kontakte 26, 27 in diesem Fall zumindest teilweise frei, also nicht von der Isolierschicht 28 bedeckt. Der gesamte Schichtaufbau 20 kann beispielsweise auf einem Siliziumsubstrat aufgebracht sein. Der beschriebene Schichtaufbau 20 wird häufig auch als Spinventil bezeichnet. In this case, the contacts 26, 27 are at least partially free, that is to say not covered by the insulating layer 28, for making contact. The entire layer structure 20 can be applied to a silicon substrate, for example. The layer structure 20 described is often also referred to as a spin valve.
Im Zusammenhang mit dem Tunnel Magneto Resistance (TMR) Effekt muss einer der beiden Kontakte 26, 27 unterhalb der unmagnetischen Schicht 22 angeordnet sein, und der andere der beiden Kontakte 26, 27 muss oberhalb der unmagnetischen Schicht 22 angeordnet sein. In connection with the Tunnel Magneto Resistance (TMR) effect, one of the two contacts 26, 27 must be arranged below the non-magnetic layer 22, and the other of the two contacts 26, 27 must be arranged above the non-magnetic layer 22.
In der Figur 23 ist eine Gestalt 30 des Sensorelements 11 dargestellt, die einen Wandgenerator 31 und einen Wandspeicher 32 aufweist. Weiterhin sind in der Figur 3 die beiden Kontakte 26, 27 dargestellt. Der Wandgenerator 31 ist als kreisförmige Fläche ausgebildet und mit dem Kontakt 26 verbunden. Der In FIG. 23, a shape 30 of the sensor element 11 is shown which has a wall generator 31 and a wall memory 32. Furthermore, the two contacts 26, 27 are shown in FIG. The wall generator 31 is designed as a circular surface and is connected to the contact 26. Of the
Wandspeicher 32 ist als Spirale ausgebildet, deren äußerer Anfang mit dem Wandgenerator 31 verbunden ist, und die sich ausgehend von ihrem Anfang aus Spiralbögen zusammensetzt, deren Radien immer kleiner werden. Die äußerste Windung der Spirale der Figur 3 setzt sich beispielhaft aus den Spiralbögen 33, 34 zusammen. Am Ende der Spirale und damit im Inneren derselben ist die Spirale mit dem Kontakt 27 verbunden. Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Wandspeicher 32 nicht nur um eine Spirale handeln kann, sondern auch um ein anderes spiralförmiges Gebilde. So kann als Wandspeicher 32 beispielhaft ein aus Geradenstücken zusammengesetztes, spiralartiges Gebilde vorgesehen sein, bei dem die Länge der Geradenstücke immer kleiner wird, je weiter die Geradenstücke im Inneren des Gebildes angeordnet sind. Ebenfalls kann als Wandspeicher 32 beispielhaft ein aus quadratartigen oder rechteckförmigen Stücken zusammengesetztes, viereckiges oder mehreckiges spiralförmiges Gebilde vorgesehen sein, bei dem die Größe der quadratartigen oder rechteckförmigen Stücke immer kleiner wird, je weiter die Stücke im Inneres des Gebildes angeordnet sind. Dabei ist es zusätzlich möglich, dass die Ecken dieser spiralartigen Gebilde abgerundet sind. Wall storage 32 is designed as a spiral, the outer beginning of which is connected to the wall generator 31, and which, starting from its beginning, is composed of spiral arcs whose radii are getting smaller and smaller. The outermost turn of the spiral in FIG. 3 is composed, for example, of the spiral arcs 33, 34. At the end of the spiral and thus inside the same, the spiral is connected to the contact 27. It should be noted that the wall storage unit 32 can not only be a spiral, but also another spiral structure. For example, a spiral-like structure composed of straight pieces can be provided as wall storage 32, in which the length of the straight pieces becomes smaller and smaller the further the straight pieces are arranged in the interior of the structure. Likewise, as a wall storage 32, for example, a square or Rectangular pieces composed, square or polygonal spiral structure can be provided in which the size of the square or rectangular pieces becomes smaller, the further the pieces are arranged in the interior of the structure. It is also possible that the corners of these spiral-like structures are rounded.
Nachfolgend wird das vorliegende Ausführungsbeispiel anhand der in der Figur 23 als Wandspeicher 32 dargestellten Spirale erläutert. Diese Erläuterungen gelten entsprechend jedoch auch für jegliches anderes spiralförmiges Gebilde. The present exemplary embodiment is explained below with the aid of the spiral shown in FIG. 23 as wall storage 32. However, these explanations also apply accordingly to any other spiral structure.
Die in der Figur 23 dargestellte Spirale wird von einem Streifen gebildet, der beispielsweise eine Breite von etwa 2 Mikrometer besitzt und sich mit einem Abstand von etwa 2 Mikrometer von außen nach innen windet. Beispielhaft weist die Spirale zehn Windungen auf. The spiral shown in FIG. 23 is formed by a strip which, for example, has a width of about 2 micrometers and winds from the outside inwards at a distance of about 2 micrometers. By way of example, the spiral has ten turns.
Am Ende der Spirale verjüngt sich der vorgenannte Streifen und läuft spitz aus. Die Breite des Streifens wird dort also kleiner als etwa 2 Mikrometer. Dieser spitze Endbereich der Spirale kann sich entweder nur geringfügig in den Bereich des Kontakts 27 erstrecken oder im Wesentlichen vollständig unter dem Kontakt 27 befinden. At the end of the spiral, the aforementioned strip tapers and tapers. The width of the strip is therefore smaller than about 2 micrometers there. This pointed end area of the spiral can either extend only slightly into the area of the contact 27 or be located essentially completely below the contact 27.
Durch den spitz auslaufenden Endbereich der Spirale wird erreicht, dass in diesem Endbereich keine Domänenwand erzeugt oder abgespeichert werden kann. Durch die Anordnung des spitzen Endbereichs unter dem Kontakt 27 wird erreicht, dass sich die elektrische Verbindung zwischen der Spirale und dem Kontakt 27 nicht verschlechtert. The end area of the spiral which ends at a point ensures that no domain wall can be generated or stored in this end area. The arrangement of the pointed end region under the contact 27 ensures that the electrical connection between the spiral and the contact 27 does not deteriorate.
Durch die kreisförmige Ausbildung des Wandgenerators 31 kann die Magnetisierungsrichtung der Due to the circular design of the wall generator 31, the magnetization direction of the
Sensorschicht des Wandgenerators 31 leicht einem sich vorbeibewegenden magnetischen Feld folgen. Wie bereits erwähnt wurde, verändert sich die Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht aufgrund eines sich vorbeibewegenden magnetischen Feldes jedoch nicht. The sensor layer of the wall generator 31 can easily follow a magnetic field moving past. As already mentioned, however, the direction of magnetization of the reference layer does not change due to a magnetic field moving past.
In den Figuren 24a bis 24e ist das Sensorelement 11 in derselben Weise nochmals dargestellt, wie dies anhand der Figur 23 erläutert wurde. Zusätzlich sind in den Figuren 24a bis 24e jedoch Pfeile entlang des Verlaufs der Spirale des Wandspeichers 32 eingezeichnet. Diese Pfeile kennzeichnen die In FIGS. 24a to 24e, the sensor element 11 is shown again in the same way as was explained with reference to FIG. In addition, however, arrows along the course of the spiral of the wall reservoir 32 are shown in FIGS. 24a to 24e. These arrows mark the
Magnetisierungsrichtung der Spirale, und zwar beziehen sich die einzelnen Pfeile immer auf denjenigen Bereich der Spirale, an dem sie jeweils eingezeichnet sind. Direction of magnetization of the spiral, namely the individual arrows always relate to that area of the spiral in which they are respectively drawn.
In der Figur 24a weisen alle im Bereich des Wandspeichers 32 eingezeichneten Magnetisierungsrichtungen dieselbe Richtung auf, und zwar zeigen alle Pfeile im Gegenuhrzeigersinn vom Ende der Spirale, also vom Kontakt 27, in Richtung zum Anfang der Spirale, also in Richtung zum Wandgenerator 31. Es versteht sich, dass alle Pfeile auch im Uhrzeigersinn und damit die durch die Pfeile dargestellten Magnetisierungsrichtungen entgegengesetzt ausgerichtet sein könnten. Zum Zwecke der Erläuterung der Funktionsweise des Sensorelements 11 wird davon ausgegangen, dass die in der Figur 24a dargestellte Orientierung der Magnetisierungsrichtung der Spirale in einem ersten Zeitpunkt in der weichmagnetischen Schicht 21 , also in der Sensorschicht, und auch in der hartmagnetischen Schicht 23, also in der Referenzschicht des Wandspeichers 32 vorhanden ist. Dies kann durch eine entsprechende Formierung des Wandspeichers 32, also eine Vormagnetisierung der Sensorschicht und der Referenzschicht der Spirale erreicht werden. In FIG. 24a, all directions of magnetization drawn in the area of wall storage 32 have the same direction, and all arrows point counterclockwise from the end of the spiral, i.e. from contact 27, towards the beginning of the spiral, i.e. towards the wall generator 31 that all arrows could also be oriented clockwise and thus the directions of magnetization represented by the arrows could be oriented in opposite directions. For the purpose of explaining the functioning of the sensor element 11, it is assumed that the orientation of the magnetization direction of the spiral shown in FIG. 24a at a first point in time in the soft magnetic layer 21, i.e. in the sensor layer, and also in the hard magnetic layer 23, i.e. in the reference layer of the wall storage 32 is present. This can be achieved by a corresponding formation of the wall storage 32, that is, a premagnetization of the sensor layer and the reference layer of the spiral.
Die Orientierung der Referenzschicht ist immer etwa parallel zu dem Verlauf des Streifens der Spirale und immer in dieselbe Richtung der Spirale ausgerichtet. Die Richtung, in der die Magnetisierung der Spirale ausgerichtet ist, also ob dies im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn erfolgt, ist dabei nicht wesentlich. Wesentlich ist nur, dass es immer dieselbe Richtung entlang der gesamten Spirale ist. Diese Orientierung der Magnetisierung bleibt in der hartmagnetischen Referenzschicht unveränderlich erhalten. The orientation of the reference layer is always approximately parallel to the course of the strip of the spiral and always oriented in the same direction of the spiral. The direction in which the magnetization of the spiral is oriented, i.e. whether it is clockwise or counterclockwise, is not important here. It is only important that it is always the same direction along the entire spiral. This orientation of the magnetization remains unchangeable in the hard magnetic reference layer.
Es wird nunmehr beispielsweise der Permanentmagnet 13 aufgrund einer Drehung des Rotors 12 an dem Sensorelement 11 vorbeibewegt. Wie erläutert wurde, hat dies zur Folge, dass das Sensorelement 11 eine Drehung des magnetischen Felds des Permanentmagneten 13 um 180 Grad "sieht". Wie ebenfalls erläutert wurde, folgt die Magnetisierungsrichtung der Sensorschicht des Wandgenerators 31 dem sich For example, the permanent magnet 13 is now moved past the sensor element 11 due to a rotation of the rotor 12. As has been explained, this has the consequence that the sensor element 11 “sees” a rotation of the magnetic field of the permanent magnet 13 by 180 degrees. As has also been explained, the direction of magnetization of the sensor layer of the wall generator 31 follows this
vorbeibewegenden magnetischen Feld des Permanentmagneten 13. Die Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht ändert sich jedoch nicht. magnetic field of the permanent magnet 13 moving past. However, the direction of magnetization of the reference layer does not change.
In der Figur 4b ist die Orientierung der Magnetisierungsrichtung der Spirale in der weichmagnetischen Schicht 21, also in der Sensorschicht des Wandspeichers 32 dargestellt, und zwar in einem zweiten Zeitpunkt, in dem sich der Permanentmagnet 13 an dem Sensorelement 11 bereits vorbeibewegt hat. Zur Verdeutlichung ist in der Figur 4b diejenige Magnetisierungsrichtung als Pfeil 35 eingezeichnet, die das Sensorelement 11 am Ende der Vorbeibewegung des Permanentmagneten 13 "gesehen hat". FIG. 4b shows the orientation of the direction of magnetization of the spiral in the soft magnetic layer 21, i.e. in the sensor layer of the wall storage 32, namely at a second point in time at which the permanent magnet 13 has already moved past the sensor element 11. For clarification, that direction of magnetization is shown as arrow 35 in FIG. 4b, which sensor element 11 “saw” at the end of the movement of permanent magnet 13 past.
Wie erläutert wurde, ist die Magnetisierungsrichtung des Wandgenerators 31 dem magnetischen Feld des Permanentmagneten 13 gefolgt, so dass der Pfeil 35 der Figur 4b auch die Magnetisierungsrichtung des Wandgenerators 31 repräsentiert. As has been explained, the direction of magnetization of the wall generator 31 follows the magnetic field of the permanent magnet 13, so that the arrow 35 in FIG. 4b also represents the direction of magnetization of the wall generator 31.
Ein Vergleich der Richtung des die Magnetisierungsrichtung des Wandgenerators 31 darstellenden Pfeils 35 der Figur 4b und der Magnetisierungsrichtung des Anfangs der Spirale vor dem Vorbeibewegen des Permanentmagneten 13 gemäß der Figur 24a zeigt, dass diese Magnetisierungsrichtungen einander entgegengesetzt sind. Dies hat zur Folge, dass etwa im Bereich der Verbindung des Wandgenerators 31 und des Anfangs der Spirale eine Domänenwand entsteht (nicht dargestellt). Aufgrund der einmaligen A comparison of the direction of the arrow 35 of FIG. 4b representing the magnetization direction of the wall generator 31 and the magnetization direction of the start of the spiral before the permanent magnet 13 moves past according to FIG. 24a shows that these magnetization directions are opposite to one another. This has the consequence that a domain wall is created approximately in the area of the connection between the wall generator 31 and the beginning of the spiral (not shown). Because of the unique
Veränderung der Magnetisierungsrichtung handelt es sich dabei um eine 180-Grad-Wand. Diese 180-Grad- Wand wandert von ihrem Entstehungsort am Anfang der Spirale entlang derselben an eine Stelle 41 der Spirale. Dort ist die vorgenannte 180-Grad-Wand als dunkles Rechteck mit dem Bezugszeichen 42 gekennzeichnet. An dieser Stelle 41 weist die 180-Grad-Wand 42 einen energetisch günstigeren Zustand auf als an ihrem Entstehungsort, da nur dort die benachbarten Spiralbögen 33, 34 keine antiparallelen If the direction of magnetization changes, this is a 180-degree wall. This 180-degree wall migrates from its place of origin at the beginning of the spiral along the same to a point 41 on the spiral. The aforementioned 180-degree wall is there as a dark rectangle with the reference number 42 marked. At this point 41, the 180-degree wall 42 has an energetically more favorable state than at its point of origin, since only there the adjacent spiral arcs 33, 34 are not anti-parallel
Komponenten zu der durch den Pfeil 35 gekennzeichneten Magnetisierungsrichtung aufweisen. Have components to the direction of magnetization indicated by the arrow 35.
Ein Vergleich der Figur 24b mit der Figur 24a zeigt, dass sich die Magnetisierungsrichtung der Spirale in der Sensorschicht des Wandspeichers 32 im Bereich des ersten Spiralbogens 33 verändert hat, im Bereich des zweiten Spiralbogens 34 und der nachfolgenden Spiralbögen jedoch nicht. A comparison of FIG. 24b with FIG. 24a shows that the direction of magnetization of the spiral in the sensor layer of wall storage 32 has changed in the area of the first spiral arch 33, but not in the area of the second spiral arch 34 and the subsequent spiral arches.
An der etwa zwischen dem ersten Spiralbogen 33 und dem zweiten Spiralbogen 34 vorhandenen Stelle 41 treffen die einander entgegengesetzten Magnetisierungsrichtungen der beiden Spiralbögen 33, 34 aufeinander. Dies ergibt sich aus der Figur 24b dadurch, dass dort die dargestellten Pfeile in At the point 41 present approximately between the first spiral arch 33 and the second spiral arch 34, the opposing directions of magnetization of the two spiral arches 33, 34 meet. This results from FIG. 24b in that the arrows shown in FIG
entgegengesetzte Richtungen zeigen. Etwa an dieser Stelle 41 der Spirale befindet sich die 180-Grad-Wand 42. show opposite directions. The 180-degree wall 42 is located approximately at this point 41 of the spiral.
Es wird nunmehr der Rotor 12 in dieselbe Richtung weitergedreht, so dass der Permanentmagnet 14 an dem Sensorelement 11 vorbeibewegt wird. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Magnetisierungsrichtung der Sensorschicht des Wandgenerators 31 dem sich vorbeibewegenden magnetischen Feld des The rotor 12 is now rotated further in the same direction, so that the permanent magnet 14 is moved past the sensor element 11. This in turn has the consequence that the magnetization direction of the sensor layer of the wall generator 31 corresponds to the magnetic field of the moving past
Permanentmagneten 14 folgt. Die Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht ändert sich jedoch nicht.Permanent magnet 14 follows. However, the direction of magnetization of the reference layer does not change.
In der Figur 24c ist die Orientierung der Magnetisierungsrichtung der Spirale in der weichmagnetischen Schicht 21 , also in der Sensorschicht des Wandspeichers 32 dargestellt, und zwar in einem dritten Zeitpunkt, in dem sich der Permanentmagnet 14 an dem Sensorelement 11 bereits vorbeibewegt hat. Ein Vergleich der Figur 24c mit der Figur 24b zeigt, dass sich die Magnetisierungsrichtung der Spirale in der Sensorschicht des Wandspeichers 32 im Bereich des ersten Spiralbogens 33 und des zweiten Spiralbogens 34 verändert hat, in den danach folgenden Spiralbögen jedoch nicht. Die Veränderung in dem ersten Spiralbogen 33 ist eine Folge einer erneuten Änderung der Magnetisierungsrichtung des Wandgenerators 31 aufgrund des Vorbeibewegens des Permanentmagneten 14. Die Veränderung in dem zweiten Spiralbogen 34 ergibt sich daraus, dass die 180-Grad-Wand 42 wieder weiter gewandert ist, und zwar aufgrund der vorstehend genannten erneuten Änderung der Magnetisierungsrichtung des ersten Spiralbogens 33 und des daraus resultierenden veränderten energetischen Zustands der 180-Grad-Wand 42. FIG. 24c shows the orientation of the direction of magnetization of the spiral in the soft magnetic layer 21, i.e. in the sensor layer of the wall storage 32, namely at a third point in time at which the permanent magnet 14 has already moved past the sensor element 11. A comparison of FIG. 24c with FIG. 24b shows that the magnetization direction of the spiral in the sensor layer of the wall storage 32 has changed in the area of the first spiral arch 33 and the second spiral arch 34, but not in the subsequent spiral arches. The change in the first spiral arc 33 is a consequence of a renewed change in the direction of magnetization of the wall generator 31 due to the passing of the permanent magnet 14. The change in the second spiral arc 34 results from the fact that the 180-degree wall 42 has moved on again, and this is due to the aforementioned renewed change in the direction of magnetization of the first spiral arc 33 and the resulting changed energetic state of the 180-degree wall 42.
Die 180-Grad-Wand 42, die im zweiten Zeitpunkt der Figur 24b an der Stelle 41 vorhanden war, befindet sich damit im dritten Zeitpunkt der Figur 24c an einer Stelle 43, die etwa 180 Grad nach der Stelle 41 im Verlauf der Spirale des Wandspeichers 32 angeordnet ist. An der Stelle 41 der Figur 24c treffen wiederum die einander entgegengesetzten Magnetisierungsrichtungen der beiden Spiralbögen 33, 34 aufeinander. Etwa an dieser Stelle 41 der Spirale befindet sich somit eine weitere 180-Grad-Wand 44, die in der Figur 24c als dunkles Rechteck kenntlich gemacht ist. Diese 180-Grad-Wand entsteht auf die bereits erläuterte Weise im Bereich des Anfangs der Spirale und wandert dann zu der Stelle 41. Es wird nunmehr der Rotor 12 in dieselbe Richtung weitegedreht, so dass nunmehr wiederum der The 180-degree wall 42, which was present at the point 41 in the second point in time in FIG. 24b, is thus in the third point in time in FIG. 24c at a point 43, which is approximately 180 degrees after the point 41 in the course of the spiral of the wall reservoir 32 is arranged. At the point 41 in FIG. 24c, the opposing directions of magnetization of the two spiral arcs 33, 34 meet again. A further 180-degree wall 44 is therefore located approximately at this point 41 of the spiral, which is identified as a dark rectangle in FIG. 24c. This 180-degree wall is created in the manner already explained in the area of the beginning of the spiral and then migrates to point 41. The rotor 12 is now rotated further in the same direction, so that now again the
Permanentmagnet 13 an dem Sensorelement 11 vorbeibewegt wird. Dies hat zur Folge, dass die Permanent magnet 13 is moved past the sensor element 11. As a result, the
Magnetisierungsrichtung der Sensorschicht des Wandgenerators 31 dem sich vorbeibewegenden magnetischen Feld des Permanentmagneten 13 folgt. The direction of magnetization of the sensor layer of the wall generator 31 follows the magnetic field of the permanent magnet 13 moving past.
In der Figur 24d ist die Orientierung der Magnetisierungsrichtung der Spirale in der weichmagnetischen Schicht 21 , also in der Sensorschicht des Wandspeichers 32 dargestellt, und zwar in einem vierten Zeitpunkt, in dem sich der Permanentmagnet 13 an dem Sensorelement 11 bereits vorbeibewegt hat. FIG. 24d shows the orientation of the magnetization direction of the spiral in the soft magnetic layer 21, i.e. in the sensor layer of the wall storage 32, namely at a fourth point in time at which the permanent magnet 13 has already moved past the sensor element 11.
In der Figur 24d ist die 180-Grad-Wand 42 erneut weitergewandert, und zwar zu der Stelle 41 der Spirale. In FIG. 24d, the 180-degree wall 42 has moved on again, specifically to the point 41 of the spiral.
Dort befindet sich die 180-Grad-Wand 42 jedoch in der zweiten Windung der Spirale und nicht wie in der Figur 24b in der ersten äußeren Windung. Weiterhin ist die 180-Grad-Wand 44 in der äußeren Windung der Spirale von der Stelle 41 zu der Stelle 43 weitergewandert. Und schließlich ist an der Stelle 41 in der ersten, äußeren Windung der Spirale eine weitere 180-Grad-Wand 45 entstanden. There, however, the 180-degree wall 42 is located in the second turn of the spiral and not, as in FIG. 24b, in the first outer turn. Furthermore, the 180-degree wall 44 in the outer turn of the spiral has migrated from the point 41 to the point 43. And finally, at the point 41 in the first, outer turn of the spiral, another 180-degree wall 45 has arisen.
Es wird nunmehr der Rotor 12 in dieselbe Richtung weitergedreht, so dass der Permanentmagnet 14 an dem Sensorelement 11 erneut vorbeibewegt wird. Dies hat zur Folge, dass die Magnetisierungsrichtung der Sensorschicht des Wandgenerators 31 dem sich vorbeibewegenden magnetischen Feld des The rotor 12 is now rotated further in the same direction, so that the permanent magnet 14 is moved past the sensor element 11 again. This has the consequence that the magnetization direction of the sensor layer of the wall generator 31 corresponds to the magnetic field of the moving past
Permanentmagneten 14 folgt. Permanent magnet 14 follows.
In der Figur 24e ist die Orientierung der Magnetisierungsrichtung der Spirale in der weichmagnetischen Schicht 21 , also in der Sensorschicht des Wandspeichers 32 dargestellt, und zwar in einem fünften Zeitpunkt, in dem sich der Permanentmagnet 14 an dem Sensorelement 11 bereits vorbeibewegt hat. In der Figur 24e ist die 180-Grad-Wand 42 erneut weiter gewandert, und zwar zu der Stelle 43 der zweiten Windung der Spirale. Weiterhin ist die 180-Grad-Wand 44 zu der Stelle 41 der zweiten Windung der Spirale FIG. 24e shows the orientation of the direction of magnetization of the spiral in the soft magnetic layer 21, i.e. in the sensor layer of the wall storage 32, specifically at a fifth point in time at which the permanent magnet 14 has already moved past the sensor element 11. In FIG. 24e, the 180-degree wall 42 has moved further again, namely to the point 43 of the second turn of the spiral. Furthermore, the 180 degree wall 44 is at point 41 of the second turn of the spiral
weitergewandert. Entsprechend ist die 180-Grad-Wand 45 zu der Stelle 43 der äußeren Windung weitergewandert. Und schließlich ist an der Stelle 41 in der ersten, äußeren Windung der Spirale eine weitere 180-Grad-Wand 46 entstanden. hiked on. Correspondingly, the 180-degree wall 45 has moved on to the point 43 of the outer turn. And finally, at the point 41 in the first, outer turn of the spiral, another 180-degree wall 46 has arisen.
Vom ersten Zeitpunkt der Figur 24a bis zum fünften Zeitpunkt der Figur 24e wurde jeder der beiden From the first point in time in FIG. 24a to the fifth point in time in FIG. 24e, each of the two
Permanentmagnete 13, 14 zwei Mal an dem Sensorelement 11 vorbeibewegt. Der Rotor 12 hat sich damit um zwei Umdrehungen gedreht. Wie erläutert wurde, sind bei diesen beiden Umdrehungen des Rotors 12 in der Spirale des Wandspeichers 32 insgesamt vier Domänenwände entstanden, nämlich die vier 180-Grad-Wände 42, 44, 45, 46. Es versteht sich, dass bei einer weiteren Drehung des Rotors 12 in derselben Richtung in entsprechender Weise weitere Domänenwände entstehen würden. Permanent magnets 13, 14 moved past sensor element 11 twice. The rotor 12 has thus rotated two revolutions. As has been explained, a total of four domain walls were created during these two revolutions of the rotor 12 in the spiral of the wall storage 32, namely the four 180-degree walls 42, 44, 45, 46. It is understood that with a further rotation of the rotor 12 further domain walls would arise in a corresponding manner in the same direction.
Wie ebenfalls erläutert wurde und wie insbesondere aus der Figur 24e hervorgeht, sind die As has also been explained and as can be seen in particular from FIG. 24e, the
Magnetisierungsrichtungen in der Sensorschicht der Spirale zwischen den einzelnen 180-Grad-Wänden immer einander entgegengesetzt. Dies bedeutet, dass sich in den beiden äußeren Windungen der Spirale die Magnetisierungsrichtungen nach jeder 180-Grad-Wand 42, 44, 45, 46 immer umkehren. Magnetization directions in the sensor layer of the spiral between the individual 180-degree walls always opposite to each other. This means that in the two outer turns of the spiral, the directions of magnetization are always reversed after each 180-degree wall 42, 44, 45, 46.
In der Figur 25 ist das Sensorelement 11 in derselben Weise nochmals dargestellt, wie dies anhand der Figur 23 sowie der Figuren 24a bis 24e erläutert wurde. In der Figur 25 sind die unterschiedlichen In FIG. 25, sensor element 11 is shown again in the same way as was explained with reference to FIG. 23 and FIGS. 24a to 24e. In the figure 25 are the different
Magnetisierungen der Spirale des Wandspeichers 32 jedoch nicht wie in den Figuren 24a bis 24e mit Pfeilen dargestellt, sondern es sind diejenigen Spiralbögen dunkel gekennzeichnet, deren Magnetisierung sich in der Figur 24e von der Magnetisierung der Figur 24a unterscheidet. Ein Vergleich der beiden genannten Figuren zeigt, dass es sich dabei um den Spiralbogen 34 der äußeren, ersten Windung der Spirale handelt, sowie um einen Spiralbogen 36, der benachbart zu dem Spiralbogen 34 in der zweiten, nächst inneren Windung der Spirale verläuft. However, magnetizations of the spiral of the wall storage 32 are not shown with arrows, as shown in FIGS. 24a to 24e, but those spiral arcs are marked dark, the magnetization of which differs in FIG. 24e from the magnetization of FIG. 24a. A comparison of the two cited figures shows that this is the spiral arc 34 of the outer, first turn of the spiral, as well as a spiral arc 36 which runs adjacent to the spiral arc 34 in the second, next inner turn of the spiral.
Die veränderte Magnetisierungsrichtung der Spiralbögen 34, 36 der Figur 25 bezieht sich, wie erläutert wurde, nur auf die Sensorschicht des Wandspeichers 32. In der Referenzschicht der jeweiligen Spiralbögen 34, 36 findet jedoch keine Veränderung der Magnetisierungsrichtung statt. Dies hat zur Folge, dass im Bereich der Spiralbögen 34, 36 die Magnetisierung der Sensorschicht antiparallel ausgerichtet ist zur Magnetisierung der Referenzschicht. Dies ist gleichbedeutend damit, dass die beiden Spiralbögen 34, 36 einen elektrischen Widerstand bilden, der im Vergleich zu den anderen Spiralbögen, in denen die Magnetisierung der The changed direction of magnetization of spiral arcs 34, 36 of FIG. 25 relates, as has been explained, only to the sensor layer of wall storage 32. In the reference layer of the respective spiral arcs 34, 36, however, there is no change in the direction of magnetization. This has the consequence that in the area of the spiral arcs 34, 36 the magnetization of the sensor layer is aligned antiparallel to the magnetization of the reference layer. This is synonymous with the fact that the two spiral arcs 34, 36 form an electrical resistance which, compared to the other spiral arcs, in which the magnetization of the
Sensorschicht und der Referenzschicht parallel zueinander ausgerichtet sind, hoch ist. Sensor layer and the reference layer are aligned parallel to each other, is high.
Der elektrische Widerstand der gesamten Spirale kann mit hülfe des eingangs bereits erwähnten, über die Kontakte 26, 27 fließenden Messstromes ermittelt werden. Ist ein Spiralbogen innerhalb der Spirale vorhanden, in dem die Sensorschicht und die Referenzschicht antiparallel magnetisiert sind, so führt dies zu einem erhöhten Widerstand. Sind mehrere derartige Spiralbögen vorhanden, so führt dies zu einem entsprechend mehrfach erhöhten Widerstand. The electrical resistance of the entire spiral can be determined with the aid of the already mentioned measuring current flowing via the contacts 26, 27. If there is a spiral arc within the spiral, in which the sensor layer and the reference layer are magnetized in antiparallel, this leads to an increased resistance. If there are several such spiral arcs, this leads to a correspondingly multiple increased resistance.
Damit ein Spiralbogen in einer äußeren Windung der Spirale etwa dieselbe Widerstandsänderung hervorruft wie ein Spiralbogen in einer inneren Windung, kann vorgesehen sein, dass sich die Breite des die Spirale bildenden Streifens über den gesamten Verlauf ändert. Beispielsweise kann die Breite des Streifens im Zusammenhang mit dem Giant Magneto Resistance (GMR) Effekt von außen nach innen immer kleiner werden. So that a spiral arc in an outer turn of the spiral causes approximately the same change in resistance as a spiral arc in an inner turn, it can be provided that the width of the strip forming the spiral changes over the entire course. For example, in connection with the Giant Magneto Resistance (GMR) effect, the width of the stripe can become smaller and smaller from the outside in.
Wie erläutert wurde, sind die beiden in der Figur 25 dargestellten, antiparallel magnetisierten Spiralbögen 34, 36 durch zwei Umdrehungen des Rotors 12 entstanden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht also ein antiparallel magnetisierter Spiralbogen des Wandspeichers 32 genau einer Umdrehung des Rotors 12. Insgesamt kann somit über die Kontakte 26, 27 des Sensorelements 11 auf den elektrischen Widerstand der Spirale geschlossen werden. Daraus kann auf die Anzahl der vorhandenen, antiparallel magnetisierten Spiralbögen und damit auf die Anzahl der durchgeführten Umdrehungen des Rotors 12 geschlossen werden.As has been explained, the two anti-parallel magnetized spiral arcs 34, 36 shown in FIG. 25 are created by two revolutions of the rotor 12. In the exemplary embodiment described, an anti-parallel magnetized spiral arc of the wall storage 32 corresponds exactly to one rotation of the rotor 12. Overall, it is thus possible to infer the electrical resistance of the spiral via the contacts 26, 27 of the sensor element 11. From this, conclusions can be drawn about the number of existing, anti-parallel magnetized spiral arcs and thus about the number of rotations of the rotor 12 carried out.
Wird der Rotor 12 in seine Gegenrichtung gedreht, so bewirkt dies eine Änderung des energetischen Zustands der in dem Wandspeicher 32 vorhandenen 180-Grad-Wände. Dies hat zur Folge, dass diese vorhandenen 180-Grad- Wände, wie bereits erläutert wurde, sich entlang der Spirale in Richtung eines möglichst günstigen energetischen Zustands bewegen. Aufgrund der Drehung des Rotors 12 in If the rotor 12 is rotated in its opposite direction, this brings about a change in the energetic state of the 180-degree walls present in the wall storage 32. As a result, these existing 180-degree walls, as already explained, move along the spiral in the direction of the most favorable energetic state possible. Due to the rotation of the rotor 12 in
Gegenrichtung, wandern auch die vorhandenen 180-Grad- Wände in Gegenrichtung. In the opposite direction, the existing 180-degree walls also move in the opposite direction.
Weiterhin entstehen entsprechend der bereits beschriebenen Funktionsweise wiederum 180-Grad-Wände in dem Wandgenerator 31 , die jedoch entgegengesetzt zu den vorstehend erläuterten 180-Grad-Wänden ausgerichtet sind. Dies hat zur Folge, dass die nunmehr nacheinander entstehenden 180-Grad-Wände die vorhandenen und in Gegenrichtung wandernden 180-Grad-Wände nacheinander auslöschen. Die in der Figur 25 dargestellten antiparallel magnetisierten Spiralbögen verschwinden damit von innen nach außen, bis der Zustand der Figur 24a wieder erreicht ist. Furthermore, in accordance with the mode of operation already described, 180-degree walls are again created in the wall generator 31, but these are oriented in the opposite direction to the 180-degree walls explained above. This has the consequence that the 180-degree walls that are now created one after the other erase the existing 180-degree walls that are moving in the opposite direction one after the other. The antiparallel magnetized spiral arcs shown in FIG. 25 thus disappear from the inside outwards until the state of FIG. 24a is reached again.
Während dieser Rückwärtsdrehung des Rotors 12 kann die Anzahl der vorhandenen antiparallel magnetisierten Spiralbögen, wie erläutert wurde, über die Kontakte 26, 27 auf die bereits erläuterte Weise ermittelt werden. During this reverse rotation of the rotor 12, the number of existing anti-parallel magnetized spiral arcs can be determined, as has been explained, via the contacts 26, 27 in the manner already explained.
Wird der Rotor 12 auch dann noch in Gegenrichtung weitergedreht, nachdem alle in dem Wandspeicher 32 vorhandenen 180-Grad-Wände ausgelöscht sind, so entstehen neue 180-Grad-Wände, die auf die beschriebene Weise in den Wandspeicher 32 hinein wandern. Der Drehsinn dieser neuen 180-Grad-Wände ist dabei entgegengesetzt zu dem Drehsinn der ausgelöschten 180-Grad-Wände. If the rotor 12 is then rotated further in the opposite direction after all of the 180-degree walls present in the wall storage 32 have been extinguished, new 180-degree walls are created which migrate into the wall storage 32 in the manner described. The direction of rotation of these new 180-degree walls is opposite to the direction of rotation of the deleted 180-degree walls.
Wird der Rotor 12 so lange weitergedreht, bis alle Windungen der Spirale des Wandspeichers 31 mit 180- Grad-Wänden besetzt sind, so entstehen bei einem Weiterdrehen des Rotors 12 keine weiteren 180-Grad- Wände. Die Anzahl der vorhandenen 180-Grad-Wände bleibt dann konstant erhalten. If the rotor 12 is rotated further until all turns of the spiral of the wall storage 31 are occupied by 180-degree walls, no further 180-degree walls are created when the rotor 12 continues to rotate. The number of existing 180-degree walls then remains constant.
Die erläuterte Funktionsweise des Sensorelements 11 ist hinsichtlich der Entstehung von Domänenwänden und daraus resultierenden antiparallel magnetisierten Spiralbögen unabhängig von einer Energieversorgung. Dies bedeutet, dass eine Drehung des Rotors 12 immer zu einer Veränderung der Magnetisierungsrichtungen führt, und zwar auch dann, wenn an den Kontakten 26, 27 keine elektrische Anbindung vorhanden ist. Die Anzahl der durchgeführten Umdrehungen des Rotors 12 wird also ohne eine Energieversorgung in der Spirale des Wandspeichers 32 gezählt und gespeichert. The explained mode of operation of the sensor element 11 is independent of an energy supply with regard to the formation of domain walls and the resulting anti-parallel magnetized spiral arcs. This means that a rotation of the rotor 12 always leads to a change in the magnetization directions, even if there is no electrical connection to the contacts 26, 27. The number of rotations of the rotor 12 carried out is thus counted and stored in the spiral of the wall memory 32 without an energy supply.
Nur zum Auslesen des Wandspeichers 32, also zum Auslesen der Anzahl der durchgeführten Umdrehungen des Rotors 12, ist es erforderlich, einen Messstrom über die Kontakte 26, 27 fließen zu lassen. Wie erwähnt, ist dieser Messstrom jedoch für die Zählung der Umdrehungen nicht erforderlich. Bei dem beschriebenen Sensorelement 11 ist der Wandgenerator 31 am Anfang der den Wandspeicher 32 bildenden Spirale angeordnet, während am Ende der Spirale nur der Kontakt 27 vorhanden ist. Alternativ ist es möglich, den Wandgenerator nicht am Anfang, sondern nur am Ende der Spirale vorzusehen. It is only necessary to allow a measuring current to flow through the contacts 26, 27 for reading out the wall memory 32, that is to say for reading out the number of rotations of the rotor 12 that have been carried out. As mentioned, this measuring current is not required for counting the revolutions. In the sensor element 11 described, the wall generator 31 is arranged at the beginning of the spiral forming the wall storage 32, while only the contact 27 is present at the end of the spiral. Alternatively, it is possible to place the wall generator not at the beginning but only at the end of the spiral.
Ebenfalls ist es alternativ möglich, am Anfang und am Ende der Spirale jeweils einen Wandgenerator vorzusehen. Alternatively, it is also possible to provide a wall generator at the beginning and at the end of the spiral.
Der beschriebene Umdrehungszähler 10 (Fig. 21) kann insbesondere als erster magnetischer Sensor 131 (Fig. 2) für die Vorrichtung 100, 100a, 100b, 100c, 100d gemäß den Ausführungsformen eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Umdrehungszähler 10 (Fig. 21) ein sich relativ zur der Sensoreinrichtung 130 (Fig. 2) drehendes radiales Magnetfeld, wie es durch die Magnetanordnung 120 (Fig. 2) erzeugbar ist, erfassen und die entsprechenden Umdrehungen zählen, woraus Informationen über eine Position der Sensoreinrichtung 130 entlang der z-Koordinate des Trägers 110 ermittelbar sind. Wird also der als Umdrehungszähler 10 ausgebildete erste magnetische Sensor 131 entlang der z-Koordinate des Trägers 110 bewegt, so wird dies von dem Umdrehungszähler 10 in Form gezählter (relativer) Umdrehungen des Magnetfelds, dessen radiale Komponente(n) sich entlang der z-Koordinate des Trägers 110 ändern, erfasst. Diese erfasste Anzahl der Umdrehungen bleibt dabei auch dann in dem Umdrehungszähler 10 erhalten, wenn die Vorrichtung 100 deaktiviert wird, oder wenn ein Defekt in der Energieversorgung der Vorrichtung auftritt. The described revolution counter 10 (FIG. 21) can in particular be used as a first magnetic sensor 131 (FIG. 2) for the device 100, 100a, 100b, 100c, 100d according to the embodiments. For example, the revolution counter 10 (FIG. 21) can detect a radial magnetic field rotating relative to the sensor device 130 (FIG. 2), as can be generated by the magnet arrangement 120 (FIG. 2), and count the corresponding revolutions, from which information about a position of the sensor device 130 can be determined along the z coordinate of the carrier 110. If the first magnetic sensor 131, designed as a revolution counter 10, is moved along the z-coordinate of the carrier 110, this is done by the revolution counter 10 in the form of counted (relative) revolutions of the magnetic field, the radial component (s) of which are along the z-coordinate of the carrier 110 change, detected. This recorded number of revolutions is retained in the revolution counter 10 even if the device 100 is deactivated or if a defect occurs in the power supply of the device.
In der Figur 26 ist eine Gestalt 60 des Sensorelements 11 dargestellt, die von der Gestalt 30 des In the figure 26, a shape 60 of the sensor element 11 is shown, which of the shape 30 of the
Sensorelements 11 der Figur 23 abweicht. So weist das Sensorelement 11 der Figur 26 mehrere, zueinander parallele Geradenstücke auf, die, über halbkreisförmige Stücke miteinander verbunden sind und insgesamt eine Spirale und damit den Wandspeicher 32 bilden. Sensor element 11 of FIG. 23 differs. Thus, the sensor element 11 of FIG. 26 has several straight sections parallel to one another, which are connected to one another via semicircular pieces and, overall, form a spiral and thus the wall storage 32.
Bei dem Sensorelement 11 der Figur 26 ist der Wandgenerator 31 im Inneren der Spirale angeordnet. In the sensor element 11 of FIG. 26, the wall generator 31 is arranged in the interior of the spiral.
Weiterhin sind in der Figur 26 die beiden Kontakte 26, 27 angedeutet. Die Magnetisierung der Furthermore, the two contacts 26, 27 are indicated in FIG. The magnetization of the
hartmagnetischen Schicht 23, also der Referenzschicht, ist bei dem Sensorelement 11 der Figur 26 vorzugsweise etwa parallel zu den Geradenstücken ausgerichtet. Hard magnetic layer 23, that is to say the reference layer, is preferably aligned approximately parallel to the straight line segments in the sensor element 11 of FIG.
Im Übrigen gelten für das Sensorelement 11 der Figur 26 die Erläuterungen zu den Figuren 21 bis 25 entsprechend. In addition, the explanations relating to FIGS. 21 to 25 apply accordingly to the sensor element 11 in FIG.
In der Figur 27 ist eine Gestalt 70 des Sensorelements 11 dargestellt, die von der Gestalt 30 des In the figure 27 a shape 70 of the sensor element 11 is shown, which of the shape 30 of the
Sensorelements 11 der Figur 23 abweicht. Dabei ist die Gestalt 70 der Figur 27 ähnlich ausgebildet wie die Gestalt 60 der Figur 26. Im Unterschied zur Figur 26 stellt die Gestalt 70 der Figur 27 jedoch eine Sensor element 11 of FIG. 23 differs. The shape 70 of FIG. 27 is designed similarly to the shape 60 of FIG. 26. In contrast to FIG. 26, however, the shape 70 of FIG. 27 represents one
Doppelspirale dar. Double spiral.
Eine der beiden Spiralen des Sensorelements 11 der Figur 27 entspricht dabei der Spirale des One of the two spirals of the sensor element 11 in FIG. 27 corresponds to the spiral in FIG
Sensorelements 11 der Figur 26 und damit dem Wandspeicher 32. Die andere Spirale des Sensorelements der Figur 27 ist hingegen zum Herausführen des inneren elektrischen Kontaktes vorgesehen. Damit sind bei dem Sensorelement 11 der Figur 27 beide Kontakte 26, 27 von außen zugänglich. Sensor element 11 of Figure 26 and thus the wall storage 32. The other spiral of the sensor element 27, on the other hand, is provided for leading out the internal electrical contact. Thus, in the sensor element 11 of FIG. 27, both contacts 26, 27 are accessible from the outside.
Im Übrigen gelten für das Sensorelement 11 der Figur 27 die Erläuterungen zu den Figuren 21 bis 26 entsprechend. In addition, the explanations relating to FIGS. 21 to 26 apply accordingly to the sensor element 11 in FIG.
In der Figur 28 sind die elektrischen Kontakte des Sensorelements 11 andersartig ausgebildet als dies z.B. in der Figur 26 der Fall ist. Während bei dem Sensorelement 11 der Figur 26 die Kontakte 26, 27 am Anfang und am Ende der Spirale vorhanden sind, ist dies bei dem Sensorelement 11 der Figur 28 nicht der Fall. Stattdessen erstrecken sich dort. Kontakte 26', 27' jeweils derart über den Bereich der halbkreisförmigen Stücke der Spirale, dass nur noch der Bereich der Geradenstücke nicht von den Kontakten 26', 27' bedeckt ist. Dies hat zur Folge, dass die halbkreisförmigen Stücke im Bereich der beiden Kontakte 26', 27' jeweils elektrisch kurzgeschlossen sind. In FIG. 28 the electrical contacts of the sensor element 11 are designed differently than this e.g. is the case in FIG. While the contacts 26, 27 are present at the beginning and at the end of the spiral in the sensor element 11 in FIG. 26, this is not the case with the sensor element 11 in FIG. Instead stretch out there. Contacts 26 ', 27' each over the area of the semicircular pieces of the spiral in such a way that only the area of the straight pieces is not covered by the contacts 26 ', 27'. This has the consequence that the semicircular pieces in the area of the two contacts 26 ', 27' are each electrically short-circuited.
Während somit bei dem Sensorelement 11 der Figur 26 die aufeinanderfolgenden halbkreisförmigen Stücke und Geradenstücke der Spirale elektrisch eine Serienschaltung bilden, ist dies bei dem Sensorelement 11 der Figur 28 aufgrund der kurzschließenden Wirkung der Kontakte 26', 27' nicht der Fall. Stattdessen bilden dort die Geradenstücke der Spirale elektrisch eine Parallelschaltung, zu der die halbkreisförmigen Stücke keinen Beitrag leisten. While the successive semicircular pieces and straight sections of the spiral thus electrically form a series circuit in sensor element 11 of FIG. 26, this is not the case with sensor element 11 of FIG. 28 due to the short-circuiting effect of contacts 26 ', 27'. Instead, the straight pieces of the spiral electrically form a parallel connection to which the semicircular pieces make no contribution.
Wie bei dem Sensorelement 11 der Figur 26, so kann auch bei dem Sensorelement 11 der Figur 28 der elektrische Widerstand der Spirale in der beschriebenen Weise über die Kontakte 26', 27' ausgelesen werden. Bei dem Sensorelement 11 der Figur 28 ist jedoch der elektrische Widerstand kleiner als bei dem Sensorelement der Figur 26. As with the sensor element 11 of FIG. 26, the electrical resistance of the spiral in the sensor element 11 of FIG. 28 can also be read in the manner described via the contacts 26 ', 27'. In the sensor element 11 in FIG. 28, however, the electrical resistance is lower than in the sensor element in FIG. 26.
Im Übrigen gelten für das Sensorelement 11 der Figur 28 die Erläuterungen zu den Figuren 21 bis 26 entsprechend. Otherwise, the explanations for FIGS. 21 to 26 apply accordingly to sensor element 11 in FIG. 28.
In der Figur 29 sind die elektrischen Kontakte des Sensorelements 11 andersartig ausgebildet als dies z.B. in der Figur 26 der Fall ist. Während bei dem Sensorelement 11 der Figur 26 die Kontakte 26, 27 am Anfang und am Ende der Spirale vorhanden sind, ist dies bei dem Sensorelement 11 der Figur 29 nicht der Fall. Stattdessen sind dort Kontakte 26", 27" am Anfang und am Ende eines jeden Geradenstücks vorhanden. In FIG. 29 the electrical contacts of the sensor element 11 are designed differently than this e.g. is the case in FIG. While the contacts 26, 27 are present at the beginning and at the end of the spiral in the sensor element 11 in FIG. 26, this is not the case with the sensor element 11 in FIG. Instead, there are contacts 26 ″, 27 ″ at the beginning and at the end of each straight line segment.
Die Anzahl der paarweise vorhandenen Kontakte 26", 27" entspricht somit der Anzahl der Geradenstücke.The number of contacts 26 ″, 27 ″ present in pairs thus corresponds to the number of straight lines.
Vorzugsweise sind die Kontakte 26", 27" jeweils derart zueinander beabstandet, dass alle Geradenstücke etwa gleich lang sind. Mit dieser Anordnung der Kontakte 26", 27" ist es möglich, den elektrischen Widerstand jedes einzelnen Geradenstücks separat auszulesen. Der gesamte elektrische Widerstand der Spirale kann dann aus diesen Teil-Widerständen abgeleitet werden. Im Übrigen gelten für das Sensorelement 11 der Figur 29 die Erläuterungen zu den Figuren 21 bis 26 entsprechend. In den Figuren 30a und 30b sind jeweils vier Sensorelemente 11 zu einer Wheatstone-Brücke 1100 zusammengesetzt. Bei den Sensorelementen 11 kann es sich um jegliche Ausführungsformen handeln, wie sie anhand der Figuren 23 bis 29 erläutert worden sind. The contacts 26 ″, 27 ″ are preferably each spaced apart from one another in such a way that all straight sections are approximately the same length. With this arrangement of the contacts 26 ″, 27 ″ it is possible to read out the electrical resistance of each individual straight section separately. The entire electrical resistance of the spiral can then be derived from these partial resistances. Otherwise, the explanations relating to FIGS. 21 to 26 apply accordingly to sensor element 11 in FIG. 29. In FIGS. 30a and 30b, four sensor elements 11 are combined to form a Wheatstone bridge 1100. The sensor elements 11 can be any embodiments as they have been explained with reference to FIGS. 23 to 29.
In den Wheatstone-Brücken 1100 der Figuren 30a und 30b weisen die Spiralen von jeweils zwei In the Wheatstone bridges 1100 of Figures 30a and 30b, the spirals have two each
Sensorelementen 11 einen Windungssinn auf, der entgegengesetzt zu den Spiralen der beiden jeweils anderen Sensorelemente 11 ausgerichtet ist. In den Figuren 30a und 30b sind die Spiralen, die im Sensor elements 11 have a winding sense which is oriented opposite to the spirals of the two other sensor elements 11. In Figures 30a and 30b, the spirals that are in
Uhrzeigesinn gewunden sind, mit dem Bezugszeichen 1101 gekennzeichnet, während die Spiralen, die im Gegenuhrzeigersinn gewunden sind, mit dem Bezugszeichen 1102 versehen sind. Clockwise are denoted by the reference numeral 1101, while the spirals which are twisted in the counterclockwise direction are denoted by the reference numeral 1102.
Bei der Wheatstone-Brücke 1100 der Figur 30a sind Kontakte 1103, 1104, 1105, 1106 vorgesehen, die ähnlich wie bei dem Sensorelement 11 der Figur 28 jeweils die halbkreisförmigen Stücke der jeweiligen Sensorelemente 11 kurzschließen. Weiterhin sind diese Kontakte 1103, 1104, 1105, 1106 derart miteinander verbunden, dass die Geradenstücke der vier Sensorelemente 11 insgesamt eine elektrische Parallelschaltung bilden. In the Wheatstone bridge 1100 of FIG. 30a, contacts 1103, 1104, 1105, 1106 are provided, which, similar to the sensor element 11 of FIG. 28, short-circuit the semicircular pieces of the respective sensor elements 11. Furthermore, these contacts 1103, 1104, 1105, 1106 are connected to one another in such a way that the straight sections of the four sensor elements 11 overall form an electrical parallel circuit.
Bei der Wheatstone-Brücke 1100 der Figur 30b sind Kontakte 1107, 1108, 1109, 1110 vorgesehen, die jeweils den Anfang und das Ende der Spiralen der jeweiligen Sensorelemente 11 miteinander verbinden. Die Kontakte 1107, 1108, 1109, 1110 sind dabei derart angeordnet und von den einzelnen Spiralen elektrisch isoliert, dass die Spiralen der Sensorelemente 11 insgesamt eine elektrische Reihenschaltung bilden. Im Hinblick auf die in den Figuren 30a und 30b vorhandenen Sensorelemente 11 gelten dabei die Erläuterungen zu den Figuren 21 bis 29 entsprechend. In the Wheatstone bridge 1100 of FIG. 30b, contacts 1107, 1108, 1109, 1110 are provided which connect the beginning and the end of the spirals of the respective sensor elements 11 to one another. The contacts 1107, 1108, 1109, 1110 are arranged and electrically isolated from the individual spirals in such a way that the spirals of the sensor elements 11 as a whole form an electrical series circuit. With regard to the sensor elements 11 present in FIGS. 30a and 30b, the explanations relating to FIGS. 21 to 29 apply accordingly.
Weitere Details zu dem Umdrehungszähler Typ 1, die mit einer oder mehreren der vorliegend beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sind, sind auch in der EP 1 740 909 B1 beschrieben. Further details on the type 1 revolution counter, which can be combined with one or more of the embodiments described here, are also described in EP 1 740 909 B1.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der gemäß besonders bevorzugter Ausführungsformen als magnetischer Umdrehungszähler ausgebildete erste magnetische Sensor 131 (Fig. 3) die folgende Konfiguration aufweist, die nachfolgend auch als„Umdrehungszähler Typ 2" bezeichnet wird: eine mit N Windungen versehene schleifenartige Anordnung, aufweisend einen GMR-Schichtstapel, in den magnetische 180°-Domänen einbring-, Speicher- und -durch Messung des elektrischen Widerstands auslesbar sind, wobei gestreckt ausgeführte Schleifenabschnitte in einem vorgebbaren Winkel zur im Sensor eingeprägten Referenzrichtung vorgesehen sind, die, bevorzugt mittig, mit, mit einem elektrischen Potential beaufschlagbaren Kontakten versehen sind, die seriell oder parallel zur Auslesung elektrischer In further preferred embodiments it is provided that the first magnetic sensor 131 (FIG. 3), designed as a magnetic revolution counter according to particularly preferred embodiments, has the following configuration, which is also referred to below as "revolution counter type 2": a loop-like arrangement with N turns , having a GMR layer stack into which magnetic 180 ° domains can be introduced, stored and read out by measuring the electrical resistance, with stretched loop sections being provided at a predeterminable angle to the reference direction impressed in the sensor, which, preferably in the center, with contacts which can be acted upon by an electrical potential and which are in series or parallel to the reading of electrical
Widerstandsverhältnisse einzelner Schleifenabschnitte zu weiteren, in Krümmungsbereichen der schleifenartigen Anordnung vorgesehenen Einzelkontakten dienen, wobei insbesondere die ermittelten Widerstandsverhältnisse ein direktes Maß für die Anwesenheit oder Nichtanwesenheit einer magnetischen Domäne im entsprechenden Schleifenabschnitt und damit eine eindeutige Aussage über die Anzahl erfolgter Umdrehungen liefern. Resistance ratios of individual loop sections to further individual contacts provided in the areas of curvature of the loop-like arrangement are used, in particular the determined resistance ratios being a direct measure of the presence or absence of a magnetic one Domain in the corresponding loop section and thus provide a clear statement about the number of revolutions that have taken place.
Aspekte dieser Ausführungsformen („Umdrehungszähler Typ 2") sind nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 10 bis 20 beschrieben. Hierbei zeigt Fig. 10 Aspekte einer ersten Ausführungsform des Aspects of these embodiments ("revolution counter type 2") are described below with reference to FIGS. 10 to 20. Here, FIG. 10 shows aspects of a first embodiment of the
Umdrehungszählers Typ 2, Fig. 11 einen Teilausschnitt nach Fig. 10 mit unterschiedlichen Revolution counter type 2, FIG. 11 shows a partial section according to FIG. 10 with different
Magnetisierungszuständen bei Anwesen- oder Abwesenheit einer Domänenwand; Fig. 12 Potentialverläufe und hysteretische Bereiche nach der ersten Ausführungsform bei Drehung des äußeren Magnetfeldes; Fig. 13 eine zweite Ausführungsform des Umdrehungszählers Typ 2; Fig. 14 vier unterschiedlich mögliche Magnetization states in the presence or absence of a domain wall; FIG. 12 potential curves and hysteretic areas according to the first embodiment upon rotation of the external magnetic field; FIG. 13 shows a second embodiment of the type 2 revolution counter; 14 four different possible
Magnetisierungsanordnungen in einem Teilausschnitt nach Fig. 13; Fig. 15 Potentialverläufe und hysteretische Bereiche nach der zweiten Ausführungsform bei Drehung des äußeren Magnetfeldes; Fig. 16 eine vorteilhafte Beschaltungsvariante der zweiten Ausführungsform des Umdrehungszählers Typ 2; Fig. 17 beispielhafte Sensorsignale bei beidseitiger Auslesung einer Variante nach Fig. 16; Fig. 18 eine erste spezielle Kontaktausbildung für einen Sensor nach Fig. 16; Fig. 19 eine weitere Ausgestaltung einer Variante nach den Fig. 16 und Fig. 18 in Rautenform mit weiter differenzierten Kontaktausbildungen und Fig. 20 gesonderte Streifenabschnitte zur Bildung von Referenzsignalen. Magnetization arrangements in a partial section according to FIG. 13; 15 shows potential profiles and hysteretic areas according to the second embodiment when the external magnetic field is rotated; 16 shows an advantageous circuit variant of the second embodiment of the revolution counter type 2; 17 shows exemplary sensor signals with readouts from both sides of a variant according to FIG. 16; 18 shows a first special contact configuration for a sensor according to FIG. 16; 19 shows a further embodiment of a variant according to FIGS. 16 and 18 in a diamond shape with further differentiated contact configurations, and FIG. 20 shows separate strip sections for the formation of reference signals.
Fig. 10 zeigt eine erste prinzipielle Ausführungsform des Umdrehungszählers Typ 2 mit einem Fig. 10 shows a first basic embodiment of the revolution counter type 2 with a
Domänenwandgenerator 302, der magnetische Domänenwände erzeugt. Details zu der Funktion des Domänenwandgenerators 302 sind auch in DE 10 2008 063 226 A1 beschrieben, vgl. dort z.B. Figur 3 und Absätze [0005], [0006], auf die hiermit Bezug genommen wird. Der Sensor 301 gemäß Fig. 10, ist bei bevorzugten Ausführungsformen mit zwei elektrischen Kontakten 306a und 306b versehen, die in diesem Beispiel jeweils die Streifen 303b und 303d und 303a und 303c oben oder unten gemeinsamen kontaktieren. Bei bevorzugten Ausführungen befinden sich diese Kontakte 306a, 306b jeweils in der Mitte der dargestellten lang gestreckten Streifen. Über diese zwei Kontakte 306a, 306b wird der Sensor 301 mit einem elektrischen Potential beaufschlagt. In den Krümmungen 304b, 304d der Spirale sind im Beispiel links weitere elektrische Einzelkontakte 307a, 307b vorgesehen, die jeweils eine Windung kontaktieren. Das bevorzugte Domain wall generator 302 that generates magnetic domain walls. Details on the function of the domain wall generator 302 are also described in DE 10 2008 063 226 A1, cf. there e.g. FIG. 3 and paragraphs [0005], [0006], to which reference is hereby made. In preferred embodiments, the sensor 301 according to FIG. 10 is provided with two electrical contacts 306a and 306b which, in this example, jointly contact the strips 303b and 303d and 303a and 303c above or below. In preferred embodiments, these contacts 306a, 306b are each located in the middle of the elongated strips shown. An electrical potential is applied to the sensor 301 via these two contacts 306a, 306b. In the curvatures 304b, 304d of the spiral, further individual electrical contacts 307a, 307b are provided in the example on the left, each of which makes contact with one turn. The preferred one
Ausleseprinzip dieses so beschalteten magnetischen Sensors sieht vor, dass alle Windungen über die gemeinsamen Kontakte 306a, 306b mit einem Potential beaufschlagt werden und dass der Potentialabfall für jede Windung sequentiell ausgelesen wird. Dies geschieht bevorzugt über eine an sich übliche und deshalb hier nicht weiter zu beschreibende Multiplexerschaltung, die von einem gemeinsamen Kontakt 306a oder 306b nacheinander die Verbindung zu den Einzelkontakten 307a, 307b in den Krümmungen herstellt. The readout principle of this magnetic sensor wired in this way provides that a potential is applied to all windings via the common contacts 306a, 306b and that the potential drop is read out sequentially for each winding. This is preferably done via a multiplexer circuit which is customary per se and therefore not to be described further here, which successively establishes the connection to the individual contacts 307a, 307b in the bends from a common contact 306a or 306b.
Der Spannungsabfall wird somit gemessen in den im Wesentlichen lang gestreckten Streifenabschnitten (303b oder 303d, bzw. 303a oder 303c) (Windungssegmente). Im Rahmen bevorzugter Ausführungsformen sollen die Kontakte 307a und 307b flächenmäßig bevorzugt so groß ausgeführt sein, dass die konkrete Lage einer Domänenwand innerhalb des gekrümmten Streifenbereichs bedeutungslos ist. Prinzipiell existieren in jeder Windung zwischen den Kontakten 306a und 306b in den dazwischen liegenden Streifenabschnitten 303a und 303b, bzw. 303c und 303d genau vier magnetische Zustände, wie in Fig. 11 schematisch für die erste Windung gezeigt: 1. es existiert keine magnetische Domänenwand in der Krümmung 304a, die beiden lang gestreckten Streifenabschnitte 303a, 303b sind im Uhrzeigersinn magnetisiert (Streifen-Abschnitt 303a nach rechts und Streifenabschnitt 303b nach links, Fig. 11 a); 2. es existiert eine magnetische Domänenwand in der Krümmung 304a, so dass die lang gestreckten Streifenabschnitte 303a und 303b nach links magnetisiert sind (Fig. 11 b); 3. es existiert keine magnetische Domänenwand in der Krümmung 304a, die beiden lang gestreckten Streifenabschnitte 303a und 303b sind im Gegenuhrzeigersinn magnetisiert (Fig.The voltage drop is thus measured in the essentially elongated strip sections (303b or 303d, or 303a or 303c) (turn segments). In the context of preferred embodiments, the contacts 307a and 307b should preferably be designed so large in terms of area that the specific position of a domain wall within the curved strip area is meaningless. In principle exist in Each turn between the contacts 306a and 306b in the intermediate strip sections 303a and 303b, or 303c and 303d, exactly four magnetic states, as shown schematically in FIG. 11 for the first turn: 1. There is no magnetic domain wall in the curve 304a The two elongated strip sections 303a, 303b are magnetized in a clockwise direction (strip section 303a to the right and strip section 303b to the left, FIG. 11 a); 2. There is a magnetic domain wall in the curvature 304a, so that the elongated strip sections 303a and 303b are magnetized to the left (FIG. 11b); 3. There is no magnetic domain wall in the curvature 304a, the two elongated strip sections 303a and 303b are magnetized in the counterclockwise direction (Fig.
11c); 4. es existiert eine magnetische Domänenwand in der Krümmung 304a, so dass die lang gestreckten Streifen 303a und 303b nach rechts magnetisiert sind (Fig. 11d). 11c); 4. There is a magnetic domain wall in the curvature 304a so that the elongated strips 303a and 303b are magnetized to the right (FIG. 11d).
Wenn die Referenzrichtung 308 im Sensor 301 , wie in Fig. 11 nach rechts zeigt und der Potentialabfall über den Streifenabschnitt 303a gemessen wird, ergeben sich somit folgende Potentialabfälle für die If the reference direction 308 in the sensor 301, as shown in FIG. 11, points to the right and the potential drop across the strip section 303a is measured, the following potential drops result for the
Magnetisierungszustände 1-4: 1. < 50% (im Folgenden L (= low)), da Streifenabschnitt 303a einen geringeren Widerstand aufweist als Streifenabschnitt 303b; 2. 50% (im Folgenden auch als M (= median), da die Widerstände der Streifenabschnitte 303a und 303b gleich groß sind; 3. > 50%, (im Folgenden Fl (= high)), da Streifenabschnitt 303a einen größeren Widerstand aufweist als Streifenabschnitt 303b; 4. 50%, da die Widerstände der Streifenabschnitte 303a und 303b gleich groß sind. Magnetization states 1-4: 1. <50% (hereinafter L (= low)), since strip section 303a has a lower resistance than strip section 303b; 2. 50% (in the following also as M (= median), since the resistances of the strip sections 303a and 303b are equal; 3.> 50%, (in the following Fl (= high)), because the strip section 303a has a greater resistance as strip section 303b; 4. 50%, since the resistances of strip sections 303a and 303b are equal.
Die Abweichung vom Potentialwert 50% für die Magnetisierungszustände 1 und 3 hängt ab von der Größe des GMR-Effektes und vom Cosinus des Winkels zwischen Referenzrichtung 308 und Streifenabschnitt 303a. Der Ausgangszustand des Sensors 301 ist frei von magnetischen Domänenwänden. Das heißt, jede Windung befindet sich im ersten magnetischen Zustand, so dass der Potentialabfall < 50% ist. (Wenn die The deviation from the potential value 50% for magnetization states 1 and 3 depends on the size of the GMR effect and on the cosine of the angle between reference direction 308 and strip section 303a. The initial state of the sensor 301 is free of magnetic domain walls. This means that every turn is in the first magnetic state, so that the potential drop is <50%. (If the
Referenzrichtung in die andere Richtung zeigt, ist der Potentialabfall > 50%.) Reference direction points in the other direction, the potential drop is> 50%.)
Der bevorzugte Ausleseprozess des Sensors 301 sieht vor, dass über einen Multiplexer gesteuert, nacheinander eine elektrische Verbindung vom Kontakt 306a zu den Kontakten 307a und 307b geschlossen wird und jeweils der Potentialabfall gemessen wird. Wenn der Potentialabfall der ersten Windung < 50% der Spannung zwischen den Kontakten 306a und 306b ist (Spannungsabfall zwischen Kontakt 306a nach Kontakt 307a), ist der Sensor 301 frei von magnetischen Domänenwänden und somit im Ausgangszustand = Null Umdrehungen. Wenn der Potentialabfall der ersten Windung = 50% ist kann nur noch der The preferred readout process of the sensor 301 provides that an electrical connection from contact 306a to contacts 307a and 307b is closed one after the other, controlled by a multiplexer, and the potential drop is measured in each case. If the potential drop of the first turn is <50% of the voltage between contacts 306a and 306b (voltage drop between contact 306a to contact 307a), sensor 301 is free of magnetic domain walls and thus in the initial state = zero revolutions. If the potential drop of the first turn = 50%, only the can
Magnetisierungszustand 360° oder 720° vorliegen. Welcher der beiden Zustände vorliegt, wird durch Messen des Potentialabfalls vom Kontakt 306a zum Kontakt 307b der zweiten Windung ermittelt. Ist hier der Potentialabfall < 50%, so wurde eine Umdrehung gezählt, ist der Potentialabfall = 50% so wurden zwei Umdrehungen gezählt. The magnetization state is 360 ° or 720 °. Which of the two states is present is determined by measuring the potential drop from contact 306a to contact 307b of the second turn. If the potential drop is <50%, then one revolution was counted, if the potential drop = 50%, two revolutions were counted.
Fig. 12 zeigt Vorstehendes schematisch. In Fig. 12a ist das Signal der äußersten ersten Windung (in Fig. 12 mit W1 bezeichnet; Spannung am Kontakt 307a) und in Fig. 12b das Signal der zweiten Windung (W2; Spannung am Kontakt 307b) über den Drehwinkel des Magnetfeldes aufgetragen. Bei einem idealen Sensor würde das Signal in Fig. 12a bei exakt 360° vom niedrigem low-Level auf den mittleren 50%-Level springen. Bei der zweiten Windung würde der Spannungshub in Fig. 12b exakt bei einer weiteren Drehung um 360°, also bei 720° Magnetfelddrehung, erfolgen. Da der reale Sensor hysteretisch ist, erfolgen die Sprünge je nach Drehrichtung bei einem Winkel > 360° bzw. > 720° (Magnetfelddrehung im Spiralendrehsinn) oder bei einem Winkel < 360° bzw. < 720° (Magnetfelddrehung entgegen Spiralendrehsinn). Als Folge ist es vorteilhaft, wenn der Sensor nicht in einem der hysteretischen Winkelbereiche (310 bzw. 310a) ausgelesen wird, die durch Rechtecke in Fig. 12 symbolisiert sind. Diese Winkelbereiche haben eine Periodizität von 180°. Im ersten hysteretischen Winkelbereich 310a kann das Spannungssignal jeden Wert zwischen dem L-Level und dem M- Level einnehmen, in den hysteretischen Winkelbereichen 310 jeden Wert zwischen dem L-Level und dem H- Level. Fig. 12 shows the above schematically. In Fig. 12a the signal of the outermost first turn (in Fig. 12 denoted by W1; voltage at contact 307a) and in Fig. 12b the signal of the second turn (W2; Voltage at contact 307b) plotted against the angle of rotation of the magnetic field. In the case of an ideal sensor, the signal in FIG. 12a would jump from the low low level to the middle 50% level at exactly 360 °. In the case of the second turn, the voltage swing in FIG. 12b would occur exactly with a further rotation of 360 °, that is to say with a magnetic field rotation of 720 °. Since the real sensor is hysteretic, the jumps take place depending on the direction of rotation at an angle> 360 ° or> 720 ° (magnetic field rotation in the spiral direction) or at an angle <360 ° or <720 ° (magnetic field rotation in the opposite direction of the spiral). As a result, it is advantageous if the sensor is not read out in one of the hysteretic angular ranges (310 or 310a) which are symbolized by rectangles in FIG. These angular ranges have a periodicity of 180 °. In the first hysteretic angle range 310a, the voltage signal can assume any value between the L level and the M level, and in the hysteretic angle ranges 310 any value between the L level and the H level.
Um trotzdem jederzeit den Umdrehungszähler auslesen zu können, wird vorteilhaft ein zweiter Sensor 301 vorgesehen, der um 90° gedreht zum ersten Sensor in dem magnetischen Umdrehungszähler positioniert ist. Dieser liefert ein um 90° phasenverschobenes Signal, das z.B. dann ausgelesen werden kann, wenn sich der erste Sensor in einem hysteretischen Winkelbereich (310 bzw. 310a) befindet. Wenn der erste Sensor auslesbar ist, sollte der zweite Sensor nicht ausgelesen werden, da er sich dann in einem der hysteretischen Winkelbereiche (310 bzw. 310a) befindet. Da die Flysterese < 90° ist, gibt es auch Winkelbereiche, in denen beide Sensoren ausgelesen werden dürfen. Die Information über den Winkel liefert z.B. ein nicht dargestellter, üblicher Winkelsensor an die Ausleseelektronik, die dann entscheidet, welcher Sensor ausgelesen werden darf. In order to be able to read out the revolution counter at any time, a second sensor 301 is advantageously provided, which is positioned in the magnetic revolution counter rotated by 90 ° to the first sensor. This delivers a signal that is 90 ° out of phase, e.g. can then be read out when the first sensor is in a hysteretic angular range (310 or 310a). If the first sensor can be read out, the second sensor should not be read out, since it is then located in one of the hysteretic angle ranges (310 or 310a). Since the Flysterese is <90 °, there are also angular ranges in which both sensors can be read. The information about the angle provides e.g. a common angle sensor (not shown) to the readout electronics, which then decide which sensor may be read out.
Sobald in einem Sensor 301 eine Windung domänenwandfrei ist, dann sind auch die weiter innen liegenden Windungen domänenwandfrei, da die magnetischen Domänenwände sukzessive vom außen liegenden Anfang der Spirale, vom Domänenwandgenerator 302, bis zum Ende der Spirale transportiert werden. Das bevorzugte Ausleseverfahren des Sensors 301 sieht vor, dass 1. Winkelsensor-kontrolliert nur dann ausgelesen wird, wenn der Sensor 301 nicht in einem hysteretischen Winkelbereich ist, 2. das zuerst das Spannungssignal der ersten Windung, die an den Domänenwandgenerator sich anschließt ausgelesen wird 3. und danach nacheinander die zweite Windung bis zur N. Windung ausgelesen wird. Das heißt, die As soon as a winding in a sensor 301 is domain wall-free, then the further inner windings are also domain-wall-free, since the magnetic domain walls are successively transported from the external beginning of the spiral, by the domain wall generator 302, to the end of the spiral. The preferred readout method of the sensor 301 provides that 1. the angle sensor is only read out in a controlled manner if the sensor 301 is not in a hysteretic angle range, 2. that the voltage signal of the first turn that connects to the domain wall generator is read out first 3 . and then successively the second turn up to the ninth turn is read out. That is, the
Windungen des Sensors 301 werden von außen nach innen ausgelesen. Das Auslesen der Windungen kann beendet werden, sobald eine Windung ein Low-Level-Spannungssignal liefert. Das Low-Level-Signal bedeutet, dass keine Domänenwand unter dem ausgelesenen Einzelkontakt hindurch gelaufen ist und damit auch keine Domänenwand in weiter innen liegenden Windungen vorhanden sein kann. In Fig. 12 reicht es z.Windings of the sensor 301 are read from the outside inwards. The readout of the windings can be ended as soon as a winding supplies a low-level voltage signal. The low-level signal means that no domain wall has passed under the individual contact that has been read out, and thus no domain wall can be present in turns further inside. In Fig. 12 it is sufficient, for.
B. aus, bei 270° Magnetfelddrehung nur die erste Windung auszulesen, da diese im Low-Level-Zustand ist.B. from reading out only the first turn at 270 ° magnetic field rotation, since this is in the low-level state.
Bei 450° Magnetfelddrehung ist die erste Windung im Median-Zustand, so dass auch die zweite Windung ausgelesen werden muss, die bei diesem Winkel sich im Lew-Level-Zustand befindet. Erst bei einer Magnetfelddrehung von 720° sind beide Windungen im M-Zustand. Bereits diese erste Ausführungsform des Umdrehungszählers vom Typ 2 hat gegenüber dem bekannten Stand der Technik mehrere Vorteile: 1. Durch die Messung des Potentialabfalls in jeder Windung ist der dort messbare Potentialhub unabhängig von der Anzahl der Umdrehungen. Dadurch ist die Anzahl an zählbaren Umdrehungen nicht mehr durch die Größe des GMR-Effektes auf ca. zehn Umdrehungen begrenzt. Die einzige Begrenzung ist herstellungsbedingt, denn jede Windung verlängert den Sensor 301 und erhöht damit die Wahrscheinlichkeit, dass die Spirale, aufgrund eines Defektes, unterbrochen ist. Mit guter Ausbeute realisierbare Spirallängen ermöglichen Sensoren, die 40-50 Umdrehungen zählen könnten, welche aber ggf. nach der Lehre der EP 1 740 909 B1 nicht mehr bzw. nicht mehr genau genug ausgewertet werden könnten. 2. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen nicht mehr vier Spiralen in einer Wheatstone-Brücke At 450 ° magnetic field rotation, the first turn is in the median state, so that the second turn must also be read out, which is in the Lew level state at this angle. Only with one Magnetic field rotation of 720 °, both turns are in the M-state. Even this first embodiment of the type 2 revolution counter has several advantages over the known prior art: 1. By measuring the potential drop in each winding, the potential swing that can be measured there is independent of the number of revolutions. As a result, the number of countable revolutions is no longer limited to approx. Ten revolutions by the size of the GMR effect. The only limitation is manufacturing-related, because each turn lengthens the sensor 301 and thus increases the probability that the spiral is interrupted due to a defect. Spiral lengths that can be realized with good yield are made possible by sensors that could count 40-50 revolutions, but which, according to the teaching of EP 1 740 909 B1, could no longer or no longer be evaluated accurately enough. 2. Another advantage is that in further preferred embodiments there are no longer four spirals in a Wheatstone bridge
zusammengeschaltet werden müssen, sondern durch die Art der Beschaltung schon eine Spirale als Sensor allein, wie eine Wheatstone-Brücke, ein temperaturunabhängiges Signal liefert. 3. Ein weiterer besonderer Vorteil ist, dass der Sensor 301 überdreht werden darf. Bei der Verwendung von vier Spiralen, die in einer Wheatstonebrücke geschaltet sind, hat man nämlich das große Problem, dass bei einer Überdrehung die sich in dem innersten Spiralenarm befindlichen Domänen an die Enden der Spiralen wandern und dort verschwinden. Wenn dies bei allen Spiralen einer Wheatstonebrücke erfolgt, erhält man wieder definierte Verhältnisse. Wenn aber, was prinzipiell nicht auszuschließen ist, dies nicht an allen vier Spiralen erfolgt, ist die Kennlinie Undefiniert geändert und der Sensor liefert keine gültigen Signale mehr. Deshalb sollte bei der Wheatstonebrückenlösung nach dem Stand der Technik immer ein mechanischer Anschlag vorhanden sein, der ein überdrehen sicher verhindert. Die hier vorgeschlagene Lösung funktioniert jedoch selbst bei nur einer Spirale, so dass deshalb auf einen mechanischen Anschlag verzichtet werden kann. must be connected together, but due to the type of wiring, a spiral as a sensor alone, like a Wheatstone bridge, supplies a temperature-independent signal. 3. Another particular advantage is that the sensor 301 may be turned over. When using four spirals, which are connected in a Wheatstone bridge, one has the major problem that, in the event of an over-rotation, the domains located in the innermost spiral arm migrate to the ends of the spirals and disappear there. If this is done for all the spirals of a Wheatstone bridge, defined relationships are obtained again. If, however, this cannot be ruled out in principle, this does not take place on all four spirals, the undefined characteristic is changed and the sensor no longer delivers any valid signals. Therefore, with the Wheatstone bridge solution according to the state of the art, there should always be a mechanical stop that reliably prevents over-turning. However, the solution proposed here works even with only one spiral, so that a mechanical stop can therefore be dispensed with.
Eine zweite Ausführung des Umdrehungszählers vom Typ 2 sieht vor, dass die lang gestreckte Spirale zu einer symmetrischen Raute verzerrt ist, bei der jede Windung aus vier Streifensegmenten besteht, die jeweils im 90°-Winkel hintereinander angeordnet sind, und bei der jeweils zwei Streifensegmente als Spannungsteiler bzw. Wheatstone-Halbbrücke beschältet sind. Fig. 13 zeigt einen solchen Sensor 311. Der Sensor 311 weist einen Domänenwandgenerator 312 auf, an den sich im Beispiel bei N = 2 Windungen 4N + 1 = 9 A second version of the revolution counter of type 2 provides that the elongated spiral is distorted into a symmetrical diamond, in which each turn consists of four strip segments, which are each arranged at a 90 ° angle one behind the other, and in which two strip segments as Voltage divider or Wheatstone half-bridge are coated. FIG. 13 shows such a sensor 311. The sensor 311 has a domain wall generator 312, on which in the example with N = 2 turns 4N + 1 = 9
Streifensegmente (313a bis 313i) mit 4N = 8 Krümmungen (314a bis 314h) anschließen. In der praktischen Realisierung besitzen diese Krümmungen Krümmungsradien in der Größenordnung von z.B. 1 pm, was deshalb nicht gesondert dargestellt ist. Zwei vergleichsweise große erste Kontakte 316a und 316b dienen zur Potentialeinspeisung. Im Beispiel sind in den Krümmungen links, zwischen den ersten Kontakten 316a und 316b, einzelne Kontakte 317a und 317b vorgesehen, die jeweils nur eine Windung kontaktieren. Connect the strip segments (313a to 313i) with 4N = 8 bends (314a to 314h). In practical implementation, these curvatures have radii of curvature of the order of e.g. 1 pm, which is therefore not shown separately. Two comparatively large first contacts 316a and 316b are used to supply potential. In the example, individual contacts 317a and 317b are provided in the bends on the left, between the first contacts 316a and 316b, each of which makes contact with only one turn.
Der Sensor 311 wird ausgelesen, indem die Potentialdifferenz zwischen einem der beiden großen Kontakte 316a oder 316b und den Kontakten 317a und 317b sequenziell oder parallel (wenn bspw. N das The sensor 311 is read out by the potential difference between one of the two large contacts 316a or 316b and the contacts 317a and 317b sequentially or in parallel (if, for example
Spannungspotential messende AD-Wandler vorgesehen sind) bestimmt wird, um die Potentialabfälle in den Streifensegmenten (313e bzw. 313i) zu messen. Bevorzugte, weiter unten beschriebene Ausgestaltungen dieser zweiten Ausführung des Umdrehungszählers vom Typ 2 sehen vor, dass die Streifensegmente 313a bis 313i zwischen allen elektrischen Kontakten gleich lang sind. Voltage potential measuring AD converters are provided) is determined to determine the potential drops in the Measure strip segments (313e or 313i). Preferred embodiments of this second embodiment of the type 2 revolution counter, described further below, provide that the strip segments 313a to 313i are of the same length between all electrical contacts.
In jeder Windung gibt es folgende, in Fig. 14 beispielhaft dargestellte, vier Magnetisierungsordnungen in den Streifensegmenten links zwischen den Kontakten 316a und 316b (gezeigt für 313d und 313e ): 1. es existiert keine magnetische Domänenwand in der Krümmung 314d, die beiden langgestreckten Streifenabschnitte 313d, 313e sind im Uhrzeigersinn magnetisiert; 2. es existiert eine magnetische Domänenwand in der Krümmung 314d, so dass die langgestreckten Streifenabschnitte 313d und 313e nach links magnetisiert sind (Fig. 14b); 3. es existiert keine magnetische Domänenwand in der Krümmung 314d, die beiden In each turn there are the following four orders of magnetization, shown by way of example in FIG. 14, in the strip segments to the left between the contacts 316a and 316b (shown for 313d and 313e): 1. There is no magnetic domain wall in the curve 314d, the two elongated strip sections 313d, 313e are magnetized clockwise; 2. There is a magnetic domain wall in the curve 314d, so that the elongated strip sections 313d and 313e are magnetized to the left (FIG. 14b); 3. there is no magnetic domain wall in curvature 314d, both of them
langgestreckten Streifenabschnitte 313d und 313e sind im Gegenuhrzeigersinn magnetisiert (Fig. 14c); 4. es existiert eine magnetische Domänenwand in der Krümmung 314d, sodass die langgestreckten Streifen 313d und 313e nach rechts magnetisiert sind (Fig. 14d). elongated strip portions 313d and 313e are magnetized counterclockwise (Fig. 14c); 4. There is a magnetic domain wall in the curve 314d, so that the elongated strips 313d and 313e are magnetized to the right (FIG. 14d).
Wenn die Magnetisierungsrichtung der hartmagnetischen Schicht 318 im Sensor 311 , wie in Fig. 13 angedeutet, nach rechts zeigt (im bevorzugten 45°-Winkel zu den Streifen) und der Potentialabfall über den Streifenabschnitt 313e gemessen wird, ergeben sich somit folgende Potentialabfälle für die If the direction of magnetization of the hard magnetic layer 318 in the sensor 311, as indicated in FIG. 13, points to the right (at the preferred 45 ° angle to the strips) and the potential drop across the strip section 313e is measured, the following potential drops result for the
Magnetisierungszustände 1-4: 1. < 50%, (L = low), da Streifenabschnitt 313e einen geringeren Widerstand aufweist als Streifenabschnitt (313d; 2. 50% (M = median), da die Widerstände der Streifenabschnitte 313d und 313e gleich groß sind; 3. > 50%, (Fl = high), da Streifenabschnitt 313e einen größeren Widerstand aufweist als Streifenabschnitt 313d; 4. 50%, da die Widerstände der Streifenabschnitte 313d und 313e gleich groß sind. Magnetization states 1-4: 1. <50%, (L = low), since strip section 313e has a lower resistance than strip section (313d; 2. 50% (M = median), since the resistances of strip sections 313d and 313e are equal ; 3.> 50%, (Fl = high), since strip section 313e has a greater resistance than strip section 313d; 4. 50%, since the resistances of strip sections 313d and 313e are the same.
Während einer vollen Umdrehung des äußeren Magnetfeldes läuft eine magnetische 180°-Domänenwand durch eine volle Windung des Sensors 311 und schaltet somit alle 90° die vier Magnetisierungszustände in dieser Windung nacheinander um. Das bevorzugte Ausleseprinzip dieser zweiten Ausführung des During one full revolution of the external magnetic field, a magnetic 180 ° domain wall runs through a full turn of the sensor 311 and thus switches the four magnetization states in this turn one after the other every 90 °. The preferred reading principle of this second embodiment of the
Umdrehungszählers vom Typ 2 ist ähnlich der ersten Ausführung des Umdrehungszählers vom Typ 2. Man misst, bevorzugt Multiplexer-gesteuert, alle Windungen nacheinander, beginnend bei der ersten Windung nach dem Domänenwandgenerator (Kontakt 317a in der Krümmung 314d). Die Messung kann in der Windung beendet werden, in der erstmals der Potentialabfall < 50% ist. Verallgemeinert für N-windige Spiralen zur Zählung von N Umdrehungen ist bei diesem Ausleseprinzip die gezählte Umdrehungszahl, die in einem eineindeutigen Magnetisierungsmuster im Sensor 311 gespeichert ist: Umdrehungszahl = erste Windungszahl (mit Low-Level- Signal) - Eins oder Umdrehungszahl = N, wenn kein Low-Level-Signal detektiert wird. Type 2 revolution counter is similar to the first version of type 2 revolution counter. All turns are measured, preferably multiplexer-controlled, one after the other, starting with the first turn after the domain wall generator (contact 317a in curve 314d). The measurement can be ended in the turn in which the potential drop is <50% for the first time. Generalized for N-turn spirals for counting N revolutions is the counted number of revolutions, which is stored in a unique magnetization pattern in sensor 311 in this readout principle: number of revolutions = first number of turns (with low-level signal) - one or number of revolutions = N, if no low-level signal is detected.
Fig. 15 zeigt dies wiederum schematisch. In Fig. 15a ist das Potential der ersten Windung (gemessen am Kontakt 317a) und in Fig. 15b das Potential der zweiten Windung (gemessen am Kontakt 317b) über der Magnetfelddrehung aufgetragen. Bei einem idealen Sensor würde das Signal in Fig. 15a erstmals bei exakt 360° vom niedrigem low-Level auf den mittleren 50%-Level springen. Bei der zweiten Windung würde der Sprung in Fig. 15b nach weiteren 360° erstmals bei exakt 720° Magnetfelddrehung erfolgen. Nach dem ersten Signalsprung erfolgt alle 90° wieder ein Signalsprung, da die magnetische Domänenwand in die nächste Krümmung transportiert wird, wodurch der dazwischen liegende Streifen ummagnetisiert wird. Bei einem idealen Sensor würden in der ersten Windung Signalsprünge bei 450° Magnetfelddrehung vom 50%- Level in den High-Level, bei 540° Magnetfelddrehung vom High-Level in den 50%-Level und bei 630° Magnetfelddrehung vom 50%-Level in den Low-Level erfolgen. Das Signal ist somit ab der ersten Umdrehung (360°) periodisch mit einer Periodizität von 360°. In der zweiten Windung ist das Signal periodisch ab der zweiten Umdrehung (720°). Da der reale Sensor hysteretisch schaltet, erfolgen die erstmaligen Sprünge je nach Drehrichtung bei einem Winkel > 360° bzw. > 720° (Magnetfelddrehung im Spiralendrehsinn) oder bei einem Winkel < 360° bzw. < 720° (Magnetfelddrehung entgegen Spiralendrehsinn). Als Folge sollte der Sensor 311 bevorzugt nicht in den hysteretischen Winkelbereichen ausgelesen werden, in denen er vom niedrigen Level in den 50%-Level schaltet. 15 shows this again schematically. In FIG. 15a the potential of the first turn (measured at contact 317a) and in FIG. 15b the potential of the second turn (measured at contact 317b) is plotted against the magnetic field rotation. In the case of an ideal sensor, the signal in FIG. 15a would for the first time be exactly Jump 360 ° from the low low level to the middle 50% level. In the second turn, the jump in FIG. 15b would take place for the first time after a further 360 ° with exactly 720 ° magnetic field rotation. After the first signal jump, there is another signal jump every 90 °, since the magnetic domain wall is transported into the next bend, whereby the strip lying in between is remagnetized. With an ideal sensor, there would be signal jumps in the first turn at 450 ° magnetic field rotation from the 50% level to the high level, at 540 ° magnetic field rotation from the high level to the 50% level and at 630 ° magnetic field rotation from the 50% level in the low level. The signal is therefore periodic from the first rotation (360 °) with a periodicity of 360 °. In the second turn, the signal is periodic from the second turn (720 °). Since the real sensor switches hysteretically, the first jumps take place, depending on the direction of rotation, at an angle> 360 ° or> 720 ° (magnetic field rotation in the spiral direction) or at an angle <360 ° or <720 ° (magnetic field rotation in the opposite direction to the spiral). As a consequence, the sensor 311 should preferably not be read out in the hysteretic angle ranges in which it switches from the low level to the 50% level.
In Fig. 15 sind die hysteretischen Winkelbereiche durch Rechtecke 320, 321 symbolisiert. Um trotzdem jederzeit den Umdrehungszähler auslesen zu können, wird entweder ein zweiter Sensor 311 benötigt, der um 90° gedreht zum ersten Sensor im magnetischen Umdrehungszähler positioniert ist, oder der Sensor 311 ist, wie in Fig. 16 gezeigt, bevorzugt mit weiteren Einzelkontakten (317c und 317d) in den Krümmungen (314b und 314f) versehen. Diese beiden Lösungen liefern zwei um 180° phasenverschobene Signale. In FIG. 15, the hysteretic angular ranges are symbolized by rectangles 320, 321. In order to be able to read out the revolution counter at any time, either a second sensor 311 is required, which is positioned in the magnetic revolution counter rotated by 90 ° to the first sensor, or, as shown in FIG. 16, the sensor 311 is preferably with further individual contacts (317c and 317d) in the bends (314b and 314f). These two solutions deliver two signals out of phase by 180 °.
Fig. 17 zeigt schematisch die Sensorsignale, wenn der Sensor 311 nach Fig. 16 auf beiden Seiten ausgelesen wird. In Fig. 17a) und Fig. 17b) sind Signale der ersten Windung und in Fig. 17c) und Fig. 17d) Signale der zweiten Windung aufgetragen: - Fig. 17a) zeigt das Spannungssignal des Kontaktes 317c, bei dem der erstmalige Signalsprung bei 180° erfolgt, - Fig. 17b) zeigt das dazu um 180° phasenverschobene Spannungssignal des Kontaktes 317a, bei dem der erstmalige Signalsprung bei 360° erfolgt, - Fig. 73c) zeigt das Spannungssignal des Kontaktes 317d, bei dem der erstmalige Signalsprung bei 540° erfolgt, - Fig. 17d) zeigt das dazu um 180° phasenverschobene Spannungssignal des Kontaktes 317b, bei dem der erstmalige Signalsprung bei 720° erfolgt. Das Signal vom Kontakt 317d ist gegenüber dem Signal des Kontaktes 317c ab 540° Magnetfelddrehung phasengleich und das Signal vom Kontakt 317b ist gegenüber dem Signal vom Kontakt 317a ab 720° Magnetfelddrehung phasengleich. Durch die Phasenverschiebung um 180° zwischen den Spannungssignalen von den linken Kontakten (317a und 317b) zu den Spannungssignalen von den rechten Kontakten (317c und 317d) kann dieser Sensor vorteilhaft immer ausgelesen werden, ohne dass es eines gesonderten zweiten Sensors bedarf. FIG. 17 shows schematically the sensor signals when the sensor 311 according to FIG. 16 is read out on both sides. In Fig. 17a) and Fig. 17b) signals of the first turn and in Fig. 17c) and Fig. 17d) signals of the second turn are plotted: - Fig. 17a) shows the voltage signal of the contact 317c, in which the first signal jump at 180 ° takes place, - Fig. 17b) shows the voltage signal of contact 317a phase-shifted by 180 °, in which the first signal jump occurs at 360 °, - Fig. 73c) shows the voltage signal of contact 317d, in which the first signal jump at 540 ° takes place, - Fig. 17d) shows the voltage signal of the contact 317b phase-shifted by 180 °, in which the first signal jump occurs at 720 °. The signal from contact 317d is in phase with the signal from contact 317c from 540 ° magnetic field rotation and the signal from contact 317b is in phase with the signal from contact 317a from 720 ° magnetic field rotation. Due to the phase shift of 180 ° between the voltage signals from the left contacts (317a and 317b) and the voltage signals from the right contacts (317c and 317d), this sensor can advantageously always be read out without the need for a separate second sensor.
Das Ausleseprinzip des Sensors 311 untersucht, ob ein Schwellwert 319 zwischen Low-Ievel-Zustand und 50%-Level (median- Level) überschritten wird. Das Low-Level-Signal bedeutet, dass keine Domänenwand unter dem ausgelesenen Einzelkontakt hindurch gelaufen ist und damit auch keine Domänenwand in weiter innen liegenden Windungen vorhanden ist. Das Spannungssignal dieses Kontaktes darf nur dann nicht ausgelesen werden, wenn die Magnetfelddrehung sich in einem hysteretischen Winkelbereich 320 befindet, bei dem das Spannungssignal vom Low-Ievel-Zustand in den M-Level-Zustand schaltet. Ansonsten darf dieses Spannungssignal immer ausgelesen werden, auch in den hysteretischen Winkelbereichen 321 , bei denen das Spannungssignal vom M-Level in den High-Level schaltet. Da sämtliche Spannungswerte zwischen M-Level und H-Level oberhalb des zu detektierenden Sehwellwertes 319 liegen, ist die relevante Information, dass eine Domänenwand den betreffenden Einzelkontakt passiert hat, immer gegeben. Somit ermöglicht die Phasenverschiebung der Spannungssignale zwischen linken und rechten Kontakten im Sensor 311, dass jederzeit die Spannungssignale entweder über die linken oder über die rechten Einzelkontakte auslesbar sind. Das heißt, der magnetische Umdrehungszähler benötigt nur noch einen Sensor 311 mit Einzelkontakten links und rechts, anstelle von zwei Sensoren 311 mit Einzelkontakten entweder links oder rechts im Sensor 311 oder mit zwei Sensoren 301 nach der ersten Ausführung des Umdrehungszählers vom Typ 2 (Fig. 10). The read-out principle of the sensor 311 examines whether a threshold value 319 between the low level state and the 50% level (median level) is exceeded. The low-level signal means that no domain wall has passed under the individual contact that has been read out, and thus no domain wall further internal turns are present. The voltage signal of this contact must not be read out only if the magnetic field rotation is in a hysteretic angular range 320 in which the voltage signal switches from the low-level state to the M-level state. Otherwise, this voltage signal may always be read out, even in the hysteretic angle ranges 321 in which the voltage signal switches from the M level to the high level. Since all voltage values between M-Level and H-Level are above the visual threshold value 319 to be detected, the relevant information that a domain wall has passed the relevant individual contact is always given. The phase shift of the voltage signals between left and right contacts in sensor 311 thus enables the voltage signals to be read out at any time either via the left or right individual contacts. This means that the magnetic revolution counter only needs one sensor 311 with individual contacts on the left and right, instead of two sensors 311 with individual contacts either on the left or right in sensor 311 or with two sensors 301 according to the first version of the revolution counter of type 2 (Fig. 10 ).
Ein weiterer Vorteil dieser zweiten Ausführung des Umdrehungszählers vom Typ 2 ist, dass die 180°- Domänenwand alle 90° Magnetfelddrehung in den nächsten Streifen läuft. Hierdurch wird die beim realen Sensor intrinsisch vorhandene Hysterese schmaler, als bei dem Sensor nach der ersten erfindungsgemäßen Ausführung. Bei dieser Lösung läuft die magnetische Domänenwand nur für alle 180° Magnetfelddrehung in den benachbarten Streifen, so dass die Hysterese bei gleichem Magnetfeld größer ist. Als Folge kann von dem theoretisch nutzbaren Arbeitsfenster Hmin bis Hmax, in dem der Sensor fehlerfrei zählt, bei der zweiten Ausführung des Umdrehungszählers vom Typ 2 die obere Hälfte und bei der ersten Ausführung nur das obere Drittel genutzt werden. Hmin bezeichnet das Magnetfeld, bei dem die Domänenwände fehlerfrei durch die Spirale transportiert werden, d. h. nicht an Defekten ungewollt gepinnt werden. Hmax ist das Magnetfeld, bei dem gerade noch nicht unkontrolliert im Streifen eine magnetische Domänenwand gebildet wird. Another advantage of this second version of the type 2 revolution counter is that the 180 ° domain wall runs into the next strip every 90 ° magnetic field rotation. As a result, the hysteresis intrinsically present in the real sensor becomes narrower than in the sensor according to the first embodiment of the invention. In this solution, the magnetic domain wall only runs in the adjacent strips for every 180 ° magnetic field rotation, so that the hysteresis is greater for the same magnetic field. As a result, the upper half of the theoretically usable working window Hmin to Hmax in which the sensor counts without errors can be used in the second version of the type 2 revolution counter and only the upper third in the first version. Hmin denotes the magnetic field at which the domain walls are transported through the spiral without errors, i.e. H. not be unintentionally pinned to defects. Hmax is the magnetic field at which a magnetic domain wall is not yet formed in an uncontrolled manner in the strip.
In Fig. 18 ist eine Ausführung des Sensors dargestellt, bei dem die Einzelkontakte 337a und 337b so ausgebildet sind, dass die langen geraden Stege dazwischen für alle Teile der Spirale die gleiche Länge aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die Strombelastung bei allen Zweigen identisch ist. Fig. 18 ist dabei selbstredend und bedarf deshalb keiner weiteren Erläuterung. In FIG. 18, an embodiment of the sensor is shown in which the individual contacts 337a and 337b are designed such that the long straight webs in between have the same length for all parts of the spiral. This has the advantage that the current load is identical for all branches. 18 is self-explanatory and therefore requires no further explanation.
Eine weitere, in Fig. 19 dargestellte Ausführung sieht vor, dass die vorstehend beschriebene Raute innerhalb einer Windung mindestens einen von 90° abweichenden Winkel aufweist. Another embodiment shown in FIG. 19 provides that the diamond described above has at least an angle other than 90 ° within a turn.
Bevorzugte Ausgestaltungen sehen symmetrische Rauten mit alternierend stumpfen und spitzen Winkeln vor, z.B. 25°/155°/25°/155°. Die bevorzugte Ausgestaltung dieser Varianten des Umdrehungszählers vom Typ 2 sieht vor, dass die Referenzrichtung 338 entlang der langen Seite der Raute verläuft und die Einzelkontakte an den stumpfen Winkeln positioniert sind. Hierdurch wird der GMR-Effekt besser ausgenutzt als bei der zweiten Lösung (90% des GMR-Hubes stehen bei einem spitzen Winkel von 25° zur Verfügung anstelle von 71 % bei einem Winkel von 90°). Durch den Winkelunterschied zwischen spitzen und stumpfen Winkeln in der Raute wird eine„geometrische Hysterese" in das Sensorsignal eingebaut, die der Differenz der beiden Winkel entspricht. Der Sensor in Fig. 19 weist die Besonderheit auf, dass auch die Kontakte 336a und 336b der Fig. 18 jetzt für jede Schleife einzeln ausgeführt sind. Damit hat der Anwender die Möglichkeit, als gemeinsame Elektroden entweder die Elektroden bei 336a und 336b oder 337a oder 337b auszugestalten. Dies führt nicht zu einer prinzipiell anderen Charakteristik und kann auch bei der in Fig. 18 dargestellten Lösung zur Anwendung kommen. Preferred configurations provide symmetrical rhombuses with alternating obtuse and acute angles, for example 25 ° / 155 ° / 25 ° / 155 °. The preferred embodiment of these variants of the type 2 revolution counter provides that the reference direction 338 runs along the long side of the diamond and the individual contacts are positioned at the obtuse angles. This makes better use of the GMR effect than with the second solution (90% of the GMR stroke is available at an acute angle of 25 ° instead of 71% at an angle of 90 °). Due to the angle difference between acute and obtuse angles in the diamond, a "geometric hysteresis" is built into the sensor signal, which corresponds to the difference between the two angles. The sensor in FIG. 19 has the special feature that contacts 336a and 336b of FIG 18 are now carried out individually for each loop. This gives the user the option of designing either the electrodes at 336a and 336b or 337a or 337b as common electrodes. This does not lead to a fundamentally different characteristic and can also be used with the one shown in FIG The solution shown is used.
Eine weitere Ausgestaltung des Umdrehungszählers vom Typ 2, wie sie in Fig. 20 dargestellt ist, sieht vor, dass zusätzlich zum Sensor ein oder mehrere vom Rest der Spirale separierte einzelne Streifen 339a und 339b vorgesehen sind, die im Beispiel jeweils parallel zum Streifen 333a und 333b und/oder 333c und 333d positioniert sind. Diese Streifen können mangels Verbindung zum Domänenwandgenerator 332 nicht ummagnetisiert werden, d. h. die Magnetisierung der Sensorschicht in diesen Streifen weist immer in die gleiche Richtung. Dadurch weist der Mittelkontakt den Potentialabfall von 50% auf, wenn er an seinen Enden mit dem Potential beaufschlagt wird, wie der Sensor 31 oder 311 in den vorhergehenden Beispielen. Dieses Signal kann als Referenzsignal bei der Messung der Potentialabfälle in den einzelnen Windungen des Sensors dienen. Another embodiment of the revolution counter of type 2, as shown in FIG. 20, provides that in addition to the sensor one or more individual strips 339a and 339b separated from the rest of the spiral are provided, which in the example are each parallel to strip 333a and 333a 333b and / or 333c and 333d are positioned. In the absence of a connection to the domain wall generator 332, these strips cannot be reversed, i.e. H. the magnetization of the sensor layer in these strips always points in the same direction. As a result, the center contact exhibits a potential drop of 50% when the potential is applied to it at its ends, like the sensor 31 or 311 in the previous examples. This signal can serve as a reference signal when measuring the potential drops in the individual windings of the sensor.
Weitere Varianten des Umdrehungszählers vom Typ 2 sehen vor, dass anstelle des in Fig. 10 gezeigten Sensors eine Variante verwendet wird, bei der auf beiden Seiten der Spirale Einzelkontakte in allen Further variants of the type 2 revolution counter provide that, instead of the sensor shown in FIG. 10, a variant is used in which individual contacts are used in all on both sides of the spiral
Krümmungen vorgesehen sind. Dieser Sensor liefert ähnlich wie bei der zweiten Variante mit beidseitigen Einzelkontakten zwei um 180° phasenverschobene Signale. Diese Signale sind nützlich, wenn man statt eines 360°-Winkelsensors einen 180°-Winkelsensor verwenden will. Curvatures are provided. Similar to the second variant with single contacts on both sides, this sensor delivers two signals phase-shifted by 180 °. These signals are useful if you want to use a 180 ° angle sensor instead of a 360 ° angle sensor.
Der unter Bezugnahme auf Fig. 10 bis 20 beschriebene Umdrehungszähler 301, 311 , 331 vom Typ 2 kann - alternativ oder ergänzend zur Nutzung des Umdrehungszählers vom Typ 1 (vorstehend beschrieben unter Bezugnahme auf Fig. 21 bis 30b) - insbesondere als erster magnetischer Sensor 131 (Fig. 2) für die Vorrichtung 100, 100a, 100b, 100c, 100d gemäß den Ausführungsformen eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Umdrehungszähler 301 , 311 , 331 vom Typ 2 ein sich relativ zur der Sensoreinrichtung 130 (Fig. 2) drehendes radiales Magnetfeld, wie es durch die Magnetanordnung 120 (Fig. 2) (z.B. bei axialer Bewegung der Sensoreinrichtung 130) erzeugbar ist, erfassen und die entsprechenden Umdrehungen zählen, woraus Informationen über eine Position der Sensoreinrichtung 130 entlang der z-Koordinate des Trägers 110 ermittelbar sind. Wird also der Umdrehungszähler 301 , 311 , 331 vom Typ 2 (in Form des Sensors 131) entlang der z-Koordinate des Trägers 110 bewegt, so wird dies von dem Umdrehungszähler 301 , 311 , 331 in Form gezählter (relativer) Umdrehungen des Magnetfelds, dessen radiale Komponente(n) sich entlang der z- Koordinate des Trägers 110 ändern, erfasst. Diese erfasste Anzahl der Umdrehungen bleibt dabei auch dann in dem Umdrehungszähler 301, 311 , 331 erhalten, wenn die Vorrichtung 100 deaktiviert wird, oder wenn ein Defekt in der Energieversorgung der Vorrichtung auftritt. The type 2 revolution counter 301, 311, 331 described with reference to FIGS. 10 to 20 can - as an alternative or in addition to using the type 1 revolution counter (described above with reference to FIGS. 21 to 30b) - in particular as a first magnetic sensor 131 (Fig. 2) can be used for the device 100, 100a, 100b, 100c, 100d according to the embodiments. For example, the revolution counter 301, 311, 331 of type 2 can have a radial magnetic field rotating relative to the sensor device 130 (FIG. 2), as can be generated by the magnet arrangement 120 (FIG. 2) (e.g. with axial movement of the sensor device 130) , detect and count the corresponding revolutions, from which information about a position of the sensor device 130 along the z-coordinate of the carrier 110 can be determined. If the revolution counter 301, 311, 331 of type 2 (in the form of the sensor 131) is moved along the z-coordinate of the carrier 110, this is indicated by the revolution counter 301, 311, 331 in the form of counted (relative) revolutions of the magnetic field, whose radial component (s) change along the z coordinate of the carrier 110, is detected. This recorded number of revolutions also remains obtained in the revolution counter 301, 311, 331 when the device 100 is deactivated, or when a defect occurs in the power supply of the device.
Weitere Details zu dem Umdrehungszähler Typ 2, die mit einer oder mehreren der vorliegend beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sind, sind auch in der DE 10 2008 063 226 A1 beschrieben. Further details on the type 2 revolution counter, which can be combined with one or more of the embodiments described here, are also described in DE 10 2008 063 226 A1.
Figur 31 zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer FIG. 31 schematically shows a simplified flow diagram of a method according to a
Ausführungsform. In Schritt 200 wird die Sensoreinrichtung 130 (Fig. 2, 3) entlang der Längsrichtung 112 des Trägers 110 bewegt, z.B. unter Nutzung der Gleitführung 130a, 130b. In Schritt 202 wird ein Ausgangssignal des ersten magnetischen Sensors 131 und in Schritt 204 wird ein Ausgangssignal des zweiten magnetischen Sensors 132 ermittelt und mittels der Auswerteeinheit 136 (Fig. 3) ausgewertet, insbesondere um hieraus die Position der Sensoreinrichtung 130 entlang der z-Koordinate zu ermitteln. Die Vorrichtung 100, 100a, 100b, 100c, 100d kann vorteilhaft zur Bereitstellung eines Wegaufnehmers bzw. Positionsgebers genutzt werden.Embodiment. In step 200 the sensor device 130 (Figs. 2, 3) is moved along the longitudinal direction 112 of the carrier 110, e.g. using the sliding guide 130a, 130b. In step 202, an output signal of the first magnetic sensor 131 and in step 204 an output signal of the second magnetic sensor 132 is determined and evaluated by means of the evaluation unit 136 (FIG. 3), in particular in order to determine the position of the sensor device 130 along the z coordinate determine. The device 100, 100a, 100b, 100c, 100d can advantageously be used to provide a displacement transducer or position transmitter.
Figur 32A zeigt schematisch eine Vorrichtung 100e gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen in teilweisem Querschnitt mit Blick in Längsrichtung, ähnlich zu der Konfiguration nach Fig. 1. Im Unterschied zu Fig. 1 weist die Vorrichtung 100e aus Fig. 32A keinen Träger 110 auf, sondern ein i.w. hohlzylindrisch ausgebildetes Magnetelement 120, das z.B. selbst hinreichend formstabil ausgebildet ist und/oder zur Anbringung an ein Zielsystem (nicht in Fig. 32A gezeigt) für die Vorrichtung 100e ausgebildet ist. FIG. 32A schematically shows a device 100e according to further preferred embodiments in partial cross section with a view in the longitudinal direction, similar to the configuration according to FIG. 1. In contrast to FIG. 1, the device 100e from FIG. 32A does not have a carrier 110, but an essentially one. hollow-cylindrical magnet element 120, e.g. itself is designed to be sufficiently dimensionally stable and / or designed for attachment to a target system (not shown in FIG. 32A) for the device 100e.
Beispielsweise kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen sein, das Magnetelement 120 in eine entsprechende, zumindest bereichsweise hohlzylindrische bzw. an die Geometrie des For example, in further preferred embodiments it can be provided that the magnetic element 120 is adapted to a corresponding, at least regionally hollow-cylindrical or to the geometry of the
Magnetelements 120 angepasste Halterung oder dergleichen, einzusetzen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das Magnetelement 120 ortsfest und die Sensoreinrichtung 130 relativ dazu bewegbar (entlang der Längsachse, also senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 32A) ausgebildet sein. Magnet element 120 adapted holder or the like to use. In further preferred embodiments, the magnetic element 120 can be designed to be stationary and the sensor device 130 can be designed to be movable relative thereto (along the longitudinal axis, that is to say perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 32A).
Alternativ kann auch die Sensoreinrichtung 130 ortsfest und das Magnetelement 120 relativ dazu bewegbar (entlang der Längsachse, also senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 32A) ausgebildet sein, was den elektrischen Anschluss der Sensoreinrichtung 130 vereinfacht. Alternativ können auch sowohl die Alternatively, the sensor device 130 can also be designed to be stationary and the magnetic element 120 to be movable relative to it (along the longitudinal axis, that is, perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 32A), which simplifies the electrical connection of the sensor device 130. Alternatively, both the
Sensoreinrichtung 130 und das Magnetelement 120 bewegbar (entlang der Längsachse) ausgebildet sein.Sensor device 130 and the magnetic element 120 can be designed to be movable (along the longitudinal axis).
Figur 32B zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Vorrichtung 100f gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Vorliegend ist ein (insbesondere einziges) Magnetelement 122' vorgesehen, das die Funktion der Magnetanordnung 120 gemäß den Ausführungsformen realisiert, und das auf einer Oberfläche 2000a eines Zielsystems 2000 (z.B. Werkzeugmaschine) angeordnet, insbesondere ortsfest angeordnet, also fixiert, ist. Die Sensoreinrichtung 130 ist vorliegend relativ zu dem Magnetelement 122' entlang der Längsachse 112 (in Fig. 32B horizontal) (hin- und her)bewegbar ausgebildet und angeordnet, vgl. die Blockpfeile A1 , A2. Figur 32C zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Vorrichtung 100g gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Vorliegend ist ein (insbesondere einziges) Magnetelement 122' vorgesehen, das die Funktion der Magnetanordnung 120 gemäß den Ausführungsformen realisiert, und das auf einer Oberfläche 2000a' eines Zielsystems 2000' (z.B. Teil einer Werkzeugmaschine) angeordnet ist. Vorliegend ist das Zielsystem 2000' (zusammen mit dem daran angeordneten) Magnetelement 122' entlang der Längsachse 112 (in Fig. 32C horizontal) (hin- und her)bewegbar ausgebildet und angeordnet, vgl. die Blockpfeile AT, A2‘, und die Sensoreinrichtung 130 ist vorliegend ortsfest, z.B. an einer weiteren (bevorzugt ortsfesten) Komponente 2000“ des Zielsystems angeordnet bzw. fixiert. Dies ermöglicht einen besonders einfachen elektrischen Anschluss der Sensoren 131 , 132, bei dem insbesondere keine Kabel bzw. Signalleitungen (nicht gezeigt) bewegt werden müssen. FIG. 32B schematically shows a side view of a device 100f according to further preferred embodiments. In the present case, a (in particular single) magnetic element 122 'is provided which realizes the function of the magnet arrangement 120 according to the embodiments and which is arranged on a surface 2000a of a target system 2000 (eg machine tool), in particular arranged in a stationary manner, i.e. fixed. In the present case, the sensor device 130 is designed and arranged to be movable (back and forth) relative to the magnetic element 122 ′ along the longitudinal axis 112 (horizontal in FIG. 32B), cf. the block arrows A1, A2. FIG. 32C schematically shows a side view of a device 100g according to further preferred embodiments. In the present case, a (in particular single) magnet element 122 'is provided which realizes the function of the magnet arrangement 120 according to the embodiments and which is arranged on a surface 2000a' of a target system 2000 '(eg part of a machine tool). In the present case, the target system 2000 '(together with the magnetic element 122' arranged thereon) is designed and arranged to be movable (to and fro) along the longitudinal axis 112 (horizontal in FIG. 32C), cf. the block arrows AT, A2 ', and the sensor device 130 is in the present case stationary, for example arranged or fixed on a further (preferably stationary) component 2000 ″ of the target system. This enables a particularly simple electrical connection of the sensors 131, 132, in which in particular no cables or signal lines (not shown) have to be moved.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 10Of), insbesondere Sensorvorrichtung, aufweisend eine sich entlang einer Längsachse (112) erstreckende Magnetanordnung (120) zur Erzeugung eines Magnetfelds, die so ausgebildet ist, dass sie das Magnetfeld mit wenigstens einer ersten sich entlang der Längsachse (112) ändernden radialen Magnetfeldkomponente (Bx) erzeugt, und eine relativ zu der Magnetanordnung (120) entlang der Längsachse (112) bewegbar angeordnete magnetische Sensoreinrichtung (130), die einen ersten magnetischen Sensor (131) und einen zweiten magnetischen Sensor (132) aufweist. 1. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 10Of), in particular sensor device, having a magnet arrangement (120) extending along a longitudinal axis (112) for generating a magnetic field, which is designed so that it controls the magnetic field with at least one first radial magnetic field component (Bx) which changes along the longitudinal axis (112), and a magnetic sensor device (130) which is arranged movably along the longitudinal axis (112) relative to the magnet arrangement (120) and which has a first magnetic sensor (131) and a second magnetic sensor (132).
2. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach Anspruch 1 , wobei die Vorrichtung (100; 2. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to claim 1, wherein the device (100;
100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) einen Träger (110; 2000) zur Aufnahme der Magnetanordnung (120) aufweist. 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) has a carrier (110; 2000) for receiving the magnet arrangement (120).
3. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach Anspruch 2, wobei der Träger (110) im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist, und wobei die Magnetanordnung (120) radial innerhalb des Trägers (110) angeordnet ist. 3. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to claim 2, wherein the carrier (110) is formed essentially as a hollow cylinder, and wherein the magnet arrangement (120) is arranged radially inside the carrier (110) .
4. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei a) die Magnetanordnung (120) statisch anordenbar, insbesondere an einem bzw. dem Träger (110) und/oder an einem Zielsystem (2000) befestigbar, ist, und wobei insbesondere die Sensoreinrichtung (130) relativ zu der Magnetanordnung (120), insbesondere wenigstens entlang der Längsachse (112), bewegbar (A1 , A2) ist, oder b) die Sensoreinrichtung (130) statisch anordenbar, insbesondere an einem Zielsystem (2000“) befestigbar, ist, und wobei insbesondere die Magnetanordnung (120) relativ zu der Sensoreinrichtung (130), insbesondere wenigstens entlang der Längsachse (112), bewegbar (AT, A2‘) ist, öder e) die Magnetanordnung (120), insbesondere wenigstens entlang der Längsachse (112), bewegbar, ist, und wobei die Sensoreinrichtung (130) ebenfalls, insbesondere wenigstens entlang der Längsachse (112), relativ zu der Magnetanordnung (120) bewegbar (A1 , A2) ist. 4. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein a) the magnet arrangement (120) can be statically arranged, in particular on one or the carrier (110) and / or on a target system (2000), and wherein in particular the sensor device (130) is movable (A1, A2) relative to the magnet arrangement (120), in particular at least along the longitudinal axis (112), or b) the sensor device (130) can be statically arranged, in particular fastened to a target system (2000 "), and in particular the magnet arrangement (120) is movable (AT, A2 ') relative to the sensor device (130), in particular at least along the longitudinal axis (112), or e) the magnet arrangement (120) is movable, in particular at least along the longitudinal axis (112), and wherein the sensor device (130) is also movable (A1, in particular at least along the longitudinal axis (112)) relative to the magnet arrangement (120) A2) is.
5. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche , wobei der erste magnetische Sensor (131) einen ersten Sensortyp aufweist, und wobei der zweite magnetische Sensor (132) einen zweiten Sensortyp aufweist, der von dem ersten Sensortyp verschieden ist. 5. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein the first magnetic sensor (131) has a first sensor type, and wherein the second magnetic sensor (132) has a second sensor type which is different from the first type of sensor.
6. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Magnetanordnung (120) so ausgebildet ist, dass sie das Magnetfeld mit der wenigstens einen ersten sich entlang der Längsachse (112) ändernden radialen Magnetfeldkomponente (Bx) und einer zweiten sich entlang der Längsachse (112) ändernden radialen Magnetfeldkomponente (By) erzeugt, die vorzugsweise senkrecht ist zu der ersten radialen Magnetfeldkomponente (Bx). 6. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein the magnet arrangement (120) is designed so that it the magnetic field with the at least one first radial magnetic field component (Bx) changing along the longitudinal axis (112) and a second radial magnetic field component (By) changing along the longitudinal axis (112), which is preferably perpendicular to the first radial magnetic field component (Bx).
7. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste radiale Magnetfeldkomponente (Bx) und/oder die zweite radiale Magnetfeldkomponente (By) sich zumindest bereichsweise entlang der Längsachse (112) sinusförmig oder cosinusförmig ändert. 7. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein the first radial magnetic field component (Bx) and / or the second radial magnetic field component (By) are at least partially along the longitudinal axis ( 112) changes sinusoidally or cosinusoidally.
8. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste radiale Magnetfeldkomponente (Bx) und/oder die zweite radiale Magnetfeldkomponente (By) sich zumindest bereichsweise entlang der Längsachse (112) nicht sinusförmig oder nicht-cosinusförmig ändert. 8. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein the first radial magnetic field component (Bx) and / or the second radial magnetic field component (By) are at least partially along the longitudinal axis ( 112) does not change sinusoidal or non-cosinusoidal.
9. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste radiale Magnetfeldkomponente (Bx) und/oder die zweite radiale Magnetfeldkomponente (By) sich zumindest bereichsweise entlang der Längsachse (112) zumindest in etwa linear ändert. 9. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein the first radial magnetic field component (Bx) and / or the second radial magnetic field component (By) are at least partially along the longitudinal axis ( 112) changes at least approximately linearly.
10. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Magnetanordnung (120) an einer radialen Innenoberfläche (110a) des Trägers (110) angeordnet ist, wobei insbesondere die Magnetanordnung (120) die radiale Innenoberfläche (110a) des Trägers (110) zu wenigstens etwa 40 Prozent bedeckt, weiter insbesondere zu wenigstens etwa 90 Prozent, besonders bevorzugt zu wenigstens etwa 95 Prozent. 10. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of claims 3 to 9, wherein the magnet arrangement (120) is arranged on a radial inner surface (110a) of the carrier (110), wherein in particular the magnet arrangement (120) covers the radial inner surface (110a) of the carrier (110) to at least about 40 percent, further in particular to at least about 90 percent, particularly preferably to at least about 95 percent.
11. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Magnetanordnung (120) ein magnetisierbares bzw. magnetisiertes Material aufweist, das entlang der Längsachse (112) so, insbesondere unterschiedlich, magnetisiert ist, dass sich die sich entlang der Längsachse (112) ändernde erste und/oder zweite radiale 11. The device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein the magnet arrangement (120) has a magnetizable or magnetized material that is so, in particular differently along the longitudinal axis (112) , is magnetized that the changing along the longitudinal axis (112) changing first and / or second radial
Magnetfeldkomponente (Bx, By) ergibt. Magnetic field component (Bx, By) results.
12. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Magnetanordnung (120) wenigstens ein Magnetelement (122, 124; 122‘) mit einer im Wesentlichen bandförmigen Grundform aufweist. 12. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein the magnet arrangement (120) has at least one magnet element (122, 124; 122 ') with an essentially band-shaped basic shape.
13. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach Anspruch 12, wobei das wenigstens eine Magnetelement (122, 124) zumindest in etwa helixförmig entlang einer bzw. der radialen Innenoberfläche (110a) des Trägers (110) angeordnet ist. 13. The device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to claim 12, wherein the at least one magnetic element (122, 124) is at least approximately helical along one or the radial inner surface (110a) of the carrier (110 ) is arranged.
14. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei der Träger (110) ein Material und/oder eine Beschichtung mit einem Material aufweist, das eine relative Permeabilität von etwa 100 oder mehr aufweist, insbesondere von etwa 1000 oder mehr, weiter insbesondere von etwa 2000 oder mehr. 14. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of claims 2 to 13, wherein the carrier (110) has a material and / or a coating with a material which has a relative permeability of has about 100 or more, in particular about 1000 or more, further in particular about 2000 or more.
15. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste magnetische Sensor (131) und der zweite magnetische Sensor (132) beide im Bereich der Längsachse (112), insbesondere auf der Längsachse (112) oder auf einer virtuellen Geraden, die parallel zu der Längsachse (112) ist, angeordnet sind. 15. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein the first magnetic sensor (131) and the second magnetic sensor (132) both in the region of the longitudinal axis (112), in particular on the longitudinal axis (112) or on a virtual straight line that is parallel to the longitudinal axis (112).
16. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste magnetische Sensor (131) und der zweite magnetische Sensor (132) hintereinander auf der Längsachse (112) angeordnet sind. 16. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein the first magnetic sensor (131) and the second magnetic sensor (132) are arranged one behind the other on the longitudinal axis (112) .
17. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste magnetische Sensor (131) ein magnetischer Umdrehungszähler ist, der insbesondere dazu ausgebildet ist, ein ganzzahliges Vielfaches einer relativen Umdrehung des magnetische Sensors (131) in Bezug auf die wenigstens eine erste radiale Magnetfeldkomponente (Bx) zu ermitteln. 17. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein the first magnetic sensor (131) is a magnetic revolution counter, which is designed in particular to measure an integral multiple of a relative revolution of the magnetic sensor (131) in relation to the at least one first radial magnetic field component (Bx).
18. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite magnetische Sensor (132) ein Hall-Sensor ist, der insbesondere dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine erste radiale Magnetfeldkomponente (Bx) zu ermitteln, wobei weiter insbesondere der zweite magnetische Sensor (132) dazu ausgebildet ist, die erste radiale Magnetfeldkomponente (Bx) und die zweite radiale Magnetfeldkomponente (By) zu ermitteln. 18. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein the second magnetic sensor (132) is a Hall sensor which is designed in particular to have the at least one first radial To determine the magnetic field component (Bx), wherein the second magnetic sensor (132) in particular is further designed to determine the first radial magnetic field component (Bx) and the second radial magnetic field component (By).
19. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Auswerteeinheit (136) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, 19. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of the preceding claims, wherein an evaluation unit (136) is provided which is designed to
Ausgangssignale des ersten und zweiten magnetischen Sensors (131 , 132) auszuwerten. To evaluate output signals of the first and second magnetic sensors (131, 132).
20. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach Anspruch 19, wobei die Auswerteeinheit (136) dazu ausgebildet ist, eine Position der Sensoreinrichtung (130) in Bezug auf eine der Längsachse (112) entsprechende Koordinate (z) des Magnetelements (120) und/oder eines bzw. des Trägers (110) zu ermitteln. 20. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to claim 19, wherein the evaluation unit (136) is designed to determine a position of the sensor device (130) in relation to one of the Longitudinal axis (112) corresponding coordinate (z) of the magnetic element (120) and / or one or the carrier (110) to be determined.
21. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis21. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of claims 17 to
20, wobei der als magnetischer Umdrehungszähler ausgebildete erste magnetische Sensor (131) aufweist: eine mit N Windungen versehene schleifenartige Anordnung, aufweisend einen GMR- Schichtstapel, in den magnetische 180°-Domänen einbring-, Speicher- und -durch Messung des elektrischen Widerstands auslesbar sind, wobei gestreckt ausgeführte Schleifenabschnitte in einem vorgebbaren Winkel zur im Sensor eingeprägten Referenzrichtung (38; 318) vorgesehen sind, die, bevorzugt mittig, mit, mit einem elektrischen Potential beaufschlagbaren Kontakten (306a, 306b; 316a, 316b; 336a, 336b) versehen sind, die seriell oder parallel zur Auslesung elektrischer Widerstandsverhältnisse einzelner Schleifenabschnitte zu weiteren, in Krümmungsbereichen der schleifenartigen Anordnung vorgesehenen Einzelkontakten (37a, 37b; 317a, 317b; 337a, 337b) dienen, wobei insbesondere die ermittelten Widerstandsverhältnisse ein direktes Maß für die Anwesenheit oder Nichtanwesenheit einer magnetischen Domäne im entsprechenden 20, wherein the first magnetic sensor (131) designed as a magnetic revolution counter has: a loop-like arrangement provided with N windings, having a GMR layer stack, can be introduced into the 180 ° magnetic domains, stored and read out by measuring the electrical resistance are, with stretched loop sections being provided at a predeterminable angle to the reference direction (38; 318) imprinted in the sensor, which are provided, preferably in the center, with contacts (306a, 306b; 316a, 316b; 336a, 336b) to which an electrical potential can be applied which are used in series or parallel to read electrical resistance ratios of individual loop sections to further individual contacts (37a, 37b; 317a, 317b; 337a, 337b) provided in curved areas of the loop-like arrangement, with the determined resistance ratios in particular being a direct measure of the presence or absence a magnetic domain in the corre related
Schleifenabschnitt und damit eine eindeutige Aussage über die Anzahl erfolgter Umdrehungen liefern. Loop section and thus provide a clear statement about the number of revolutions that have taken place.
22. Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis22. Device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of claims 17 to
21, wobei der als magnetischer Umdrehungszähler ausgebildete erste magnetische Sensor (131) aufweist: wenigstens ein Sensorelement (11) mit einem Schichtaufbau (20), der ohne eine 21, wherein the first magnetic sensor (131) designed as a magnetic revolution counter has: at least one sensor element (11) with a layer structure (20) which without a
Energieversorgung dazu geeignet ist, in dem Sensorelement (11) eine Veränderung der Energy supply is suitable for a change in the sensor element (11)
Magnetisierung hervorzurufen, wenn ein magnetisches Feld an dem Sensorelement (11) vorbeibewegt wird, sowie mehrere derartige Veränderungen zu speichern, wobei das Sensorelement (11) ein spiralförmiges Gebilde aufweist, das mit dem Schichtaufbau (20) versehen ist. Causing magnetization when a magnetic field is moved past the sensor element (11), as well as to store several such changes, the sensor element (11) having a spiral structure which is provided with the layer structure (20).
23. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f), insbesondere Sensorvorrichtung, aufweisend eine sich entlang einer Längsachse (112) erstreckende 23. A method for operating a device (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e; 100f), in particular a sensor device, having a device extending along a longitudinal axis (112)
Magnetanordnung (120) zur Erzeugung eines Magnetfelds, die so ausgebildet ist, dass sie das Magnetfeld mit wenigstens einer ersten sich entlang der Längsachse (112) ändernden radialen Magnetfeldkomponente (Bx) erzeugt, und eine relativ zu der Magnetanordnung (120) entlang der Längsachse (112) bewegbar angeordnete magnetische Sensoreinrichtung (130), die einen ersten magnetischen Sensor (131) und einen zweiten magnetischen Sensor (132) aufweist, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Bewegen (200) der Sensoreinrichtung (130) entlang der Längsachse (112) relativ zu der Magnetanordnung (120). Magnet arrangement (120) for generating a magnetic field, which is designed such that it generates the magnetic field with at least one first radial magnetic field component (Bx) changing along the longitudinal axis (112), and one relative to the magnet arrangement (120) along the longitudinal axis ( 112) movably arranged magnetic sensor device (130) which has a first magnetic sensor (131) and a second magnetic sensor (132), the method comprising the following step: moving (200) the sensor device (130) along the longitudinal axis (112) ) relative to the magnet arrangement (120).
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Bewegens (200) aufweist: a) Fixieren der Magnetanordnung (120) und Bewegen der Sensoreinrichtung (130) relativ zu der Magnetanordnung (120) entlang der Längsachse (112), b) Fixieren der Sensoreinrichtung (130) und Bewegen der Magnetanordnung (120) relativ zu der Sensoreinrichtung (130) entlang der Längsachse (112), c) Bewegen der Magnetanordnung (120) und Bewegen der Sensoreinrichtung (130) relativ zueinander entlang der Längsachse (112). 24. The method according to claim 23, wherein the step of moving (200) comprises: a) fixing the magnet arrangement (120) and moving the sensor device (130) relative to the magnet arrangement (120) along the longitudinal axis (112), b) fixing the Sensor device (130) and moving the magnet arrangement (120) relative to the sensor device (130) along the longitudinal axis (112), c) moving the magnet arrangement (120) and moving the sensor device (130) relative to one another along the longitudinal axis (112).
25. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 24, wobei die Vorrichtung (100; 100a; 100b; 25. The method according to at least one of claims 23 to 24, wherein the device (100; 100a; 100b;
100c; 100d; 100e; 100f) eine Auswerteeinheit (136) aufweist, die Ausgangssignale des ersten und zweiten magnetischen Sensors (131 , 132) auswertet. 100c; 100d; 100e; 100f) has an evaluation unit (136) which evaluates output signals from the first and second magnetic sensors (131, 132).
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Auswerteeinheit (136) eine, insbesondere relative, Position der Sensoreinrichtung (130) in Bezug auf eine der Längsachse (112) entsprechende Koordinate (z), insbesondere des Magnetelements (120) und/oder des Trägers (110), in Abhängigkeit der 26. The method according to claim 25, wherein the evaluation unit (136) has a, in particular relative, position of the sensor device (130) in relation to a coordinate (z) corresponding to the longitudinal axis (112), in particular of the magnetic element (120) and / or of the carrier (110), depending on the
Ausgangssignale des ersten und zweiten magnetischen Sensors (131 , 132) ermittelt. Output signals of the first and second magnetic sensors (131, 132) determined.
27. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei der erste magnetische Sensor (131 ) und der zweite magnetische Sensor (132) auf der Längsachse (112) oder auf einer virtuellen Geraden, die parallel zu der Längsachse (112) ist, angeordnet sind, und wobei die Auswerteeinheit (136) dazu ausgebildet ist, einen axialen Versatz der beiden magnetischen Sensoren (131 , 132) zueinander entlang der Längsachse (112) zu berücksichtigen, insbesondere bei der Ermittlung der Position der Sensoreinrichtung (130) zu berücksichtigen. 27. The method according to at least one of claims 23 to 26, wherein the first magnetic sensor (131) and the second magnetic sensor (132) on the longitudinal axis (112) or on a virtual straight line that is parallel to the longitudinal axis (112), are arranged, and wherein the evaluation unit (136) is designed to take into account an axial offset of the two magnetic sensors (131, 132) to one another along the longitudinal axis (112), in particular to take into account when determining the position of the sensor device (130).
28. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei als erster magnetischer Sensor28. The method according to at least one of claims 23 to 27, wherein the first magnetic sensor
(131) ein magnetischer Umdrehungszähler verwendet wird, der insbesondere dazu ausgebildet ist, ein ganzzahliges Vielfaches einer relativen Umdrehung des magnetischen Sensors (131) in Bezug auf die wenigstens eine erste radiale Magnetfeldkomponente (Bx) zu ermitteln. (131) a magnetic revolution counter is used, which is designed in particular to determine an integral multiple of a relative revolution of the magnetic sensor (131) in relation to the at least one first radial magnetic field component (Bx).
29. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 28, wobei als zweiter magnetischer Sensor29. The method according to at least one of claims 23 to 28, wherein the second magnetic sensor
(132) ein Hall-Sensor verwendet wird, der insbesondere dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine erste radiale Magnetfeldkomponente (Bx) zu ermitteln, wobei weiter insbesondere der zweite magnetische Sensor (132) dazu ausgebildet ist, die erste radiale Magnetfeldkomponente (Bx) und die zweite radiale Magnetfeldkomponente (By) zu ermitteln. (132) a Hall sensor is used which is designed in particular to determine the at least one first radial magnetic field component (Bx), the second magnetic sensor (132) in particular being designed to detect the first radial magnetic field component (Bx) and determine the second radial magnetic field component (By).
30. System aufweisend ein bewegbares Element (2000‘) und wenigstens eine Vorrichtung (100; 100a; 30. System comprising a movable element (2000 ‘) and at least one device (100; 100a;
100b; 100c; 100d; 100e; 100f) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei wenigstens eine Komponente (122‘) der Magnetanordnung (120), insbesondere ein Magnetelement (122‘) der Magnetanordnung (120), an dem bewegbaren Element (2000‘) angeordnet ist, und wobei insbesondere die magnetische Sensoreinrichtung (130) ortsfest angeordnet ist. 100b; 100c; 100d; 100e; 100f) according to at least one of claims 1 to 22, wherein at least one component (122 ') of the magnet arrangement (120), in particular a magnet element (122') of the Magnet arrangement (120) on which the movable element (2000 ') is arranged, and wherein in particular the magnetic sensor device (130) is arranged in a stationary manner.
31. Verwendung der Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 22 und/oder des 31. Use of the device according to at least one of claims 1 to 22 and / or
Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 30 und/oder des Systems nach Anspruch 30 in einem Wegaufnehmer. Method according to at least one of Claims 23 to 30 and / or the system according to Claim 30 in a displacement transducer.
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